Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 9
1.1. Мелкозернистые бетоны, особенности их технологии, структуры и свойств 9
1.2. Химические пластифицирующие добавки, их свойства 17
Глава 2. Материалы и методика проведения работ 24
2.1. Материалы и их свойства 24
2.1.1.Цементы 24
2.1.2. Заполнители 24
2.1.3. Добавки химические 30
2.2. Методика проведения работ 30
Глава 3. Исследование влияния химических добавок на своства цеметно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов 37
3.1. Влияние добавок на свойства цементно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов 37
3.2. Оптимизация составов комплексных добавок 56
3.3. Исследование влияния химических добавок на структурообразование цементно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов 66
3.3.1. Пластическая прочность 66
3.3.2. Исследование влияния химических добавок на
фазовый состав новообразований цементного камня 70
3.4. Влияние химических добавок на пористость мелкозернистых бетонов 75
3.5. Влияние особенностей перемешивания на свойства цементно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов 82
3.6. Выводы по главе 3 94
Глава 4. Основные физико-механические и эксплуатационные свойства мелкозернистых бетонов с химическими добавками 97
4.1. Физико-механические свойства мелкозернистых бетонов 97
4.1.1. Прочность на сжатие и растяжение, модуль упругости 97
4.1.2. Усадка и трещиностойкость 105
4.2. Долговечность 111
4.2.1. Водостойкость 111
4.2.2. Морозостойкость 115
4.2.3. Водонепроницаемость 121
4.3. Выводы по главе 4 125
Глава 5. Выпуск опытно-промышленных партий изделий из мелкозернистого бетона с химическими добавками 127
5.1. Камни бетонные стеновые 127
5.2. Плиты бетонные фасадные (декоративные) 132
5.3. Технико-экономическая эффективность изделий из мелкозернистого бетона на основе высевки от производства щебня 134
Общие выводы 137
Список литературы 141
- Мелкозернистые бетоны, особенности их технологии, структуры и свойств
- Влияние добавок на свойства цементно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов
- Прочность на сжатие и растяжение, модуль упругости
- Технико-экономическая эффективность изделий из мелкозернистого бетона на основе высевки от производства щебня
Введение к работе
В настоящее время для изготовления ряда конструкций и изделий в жилищном, промышленном, сельскохозяйственном, дорожном и гидротехническом строительстве все более широкое применение находят мелкозернистые бетоны. Целесообразность их применения обусловливается прежде всего тем, что некоторые районы страны не обеспечены крупным заполнителем для бетонов. Использование местных песков или мелкодисперсных отходов нерудной промышленности, вместо привозного крупного заполнителя, позволяет снизить стоимость бетонных и железобетонных конструкций, сократить загрузку транспорта. Производство изделий из мелкозернистого бетона осуществляется как по традиционной технологии, так и из жестких смесей на автоматизированных виброформовочных установках.
Следует однако отметить, что расход цемента в мелкозернистых бето-нах на 20-30% выше, чем в бетонах с крупным заполнителем. Однако имеются различные технологические приемы, позволяющие снижать расход цемента. В частности, введение в мелкозернистый бетон пластификаторов, суперпластификаторов и комплексных добавок приводит не только к существенному сокращению расхода цемента, но и к улучшению многих строительно-технических свойств мелкозернистых бетонов (к улучшению удобоукла-дываемости, повышению плотности, прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, снижению усадки и пр.).
Актуальность. В настоящее время все большее применение находят
мелкозернистые бетоны. Из мелкозернистых бетонов изготавливаются
различные изделия как методом вибропрессования (камни бетонные
стеновые и фундаментные, плиты перегородочные, элементы
благоустройства и др.), так и методом виброформования (блоки стен подвалов, плиты бетонные, инженерные конструкции и др.). В качестве сырья для их производства используются, в основном, крупные кварцевые пески, запасы которых ограничены.
5 В то же время при производстве щебня из карбонатных
(известняковых) пород на карьерах образуется значительное количество высевок, которые по зерновому составу представляют собой крупный песок. Высевки, образующиеся при производстве известнякового щебня, частично используются в дорожном строительстве либо в сельском хозяйстве. Но основная часть высевок складируется в отвалах. При этом занимаются значительные по площади территории, которые могли бы использоваться в сельском хозяйстве. Кроме того, хранение значительного объема дисперсного материала приводит к запылению окружающей среды. По-видимому, целесообразным является применение высевки от производства известнякового щебня в качестве заполнителя в мелкозернистых бетонах. Это приведет к расширению сырьевой базы для производства мелкозернистых бетонов прочностью 20 - 35 МПа и улучшит экологию среды.
Следует отметить, что в последние годы в составы бетонов все чаще вводятся различные модификаторы, в т.ч. химические добавки. Введение химических добавок в мелкозернистые бетоны приводит к модифицированию их структуры, изменению величины и характера пористости, к сокращению расхода цемента либо к повышению прочности и комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств, что приобретает особое значение при использовании различных заполнителей. Цели и задачи работы. Основной целью работы является получение на различных заполнителях мелкозернистых бетонов средней и низкой прочности с комплексными химическими добавками, расход цемента в которых аналогичен расходу цемента в бетонах с крупным заполнителем, и исследование свойств этих бетонов.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
- разработать положение о повышении физико-механических характеристик
мелкозернистых бетонов классов В 15-В 25, изготовленных на различных
заполнителях;
обосновать выбор эффективных комплексных химических добавок, оборудования и режимов его работы для изготовления мелкозернистых бетонов с повышенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками;
исследовать влияние комплексных химических добавок на основные физико-механические (прочность, упругость, усадку, трещиностойкость) и эксплуатационные (морозостойкость, водонепроницаемость и др.) характеристики бетонов;
разработать рекомендации по производству мелкозернистых бетонов с повышенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками;
- провести проверку полученных результатов исследований в опытно-
. промышленных условиях;
-. исследовать влияние комплексной химической добавки на
структурообразование и пористость мелкозернистых бетонов;
- исследовать влияние добавки на основные физико-механические и
эксплуатационные свойства мелкозернистых бетонов (прочность,
деформативность, усадку, морозостойкость, водонепроницаемость и др.);
- провести проверку результатов исследований в опытно-промышленных
условиях.
Научная новизна
- сформулировано положение о повышении физико-механических и
эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов на различных
заполнителях за счет снижения открытой капиллярной пористости и
создания мелкопористой тонкокапиллярной структуры;
- на основе метода планирования эксперимента получены зависимости,
позволяющие оптимизировать расход химических добавок С-3 + ЛСТ, С-3 +
7 CHB, C-3 + СДО в цементно-песчаных смесях, который составляет
соответственно (0,5+0,15), (0,5+0,05) и (0,5+0,05) % от массы цемента;
- показано, что введение комплексных химических добавок С-3 + ЛСТ, С -3 +
СНВ, С-3 + СДО в цементно-песчаные смеси приводит к снижению началь
ного водосодержания на 15-20% и к повышению прочности мелкозернистых
бетонов на 20-30%;
- установлено, что в процессе твердения мелкозернистых бетонов на
различных заполнителях с комплексными добавками происходит изменение
характера пористости, в частности, снижение открытой пористости и
образование мелкопористой тонкокапиллярной структуры;
- исследовано влияние минералогии заполнителей на свойства мелкозернис
того бетона; установлено, что при использовании цементно-песчаных смесей
с химическими добавками на известняковом заполнителе возможно
получение мелкозернистых бетонов класса В 15-В 25 с нормируемыми
показателями;
-исследованы основные'физико-механические и эксплуатационные свойства мелкозернистых бетонов с химическими добавками; установлено, что применение добавок позволяет получать мелкозернистые бетоны класса В 15
- В 25 по прочности на сжатие и марки F 200 по морозостойкости.
Практическая значимость
разработана технология получения мелкозернистых бетонов средних и низких марок (В 15-В 25) с повышенными эксплуатационными характеристиками за счет модификации структуры бетона комплексными химическими добавками (С-3 + ЛСТ, С-3 + СНВ, С-3 + СДО);
установлено, что введение комплексных химических добавок (С-3 + ЛСТ, С-3 + СНВ, С-3 + СДО) в малоподвижные и жесткие цементно-песчаные смеси приводит к повышению прочности мелкозернистых бетонов на 20-25%;
введение комплексных химических добавок в жесткие смеси на известняковом заполнителе позволяет получить мелкозернистые бетоны классов
8 В 22,5 - В 25 по прочности на сжатие и марки F 200 по морозостойкости;
- предложен способ повышения однородности цементно-песчаных смесей,
обеспечивающий повышение прочности бетона на 15-20%, за счет приме
нения двухстадийного перемешивания.
Внедрение результатов исследований
Основные результаты исследований использованы при выпуске опытных партий изделий из мелкозернистых бетонов на ООО «Экспострой», а также при разработке «Рекомендаций по производству изделий из мелкозернистых бетонов на основе отсевов дробления известняка с химическими добавками». Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы представлены на Международной научно-практической конференции «Гипс, его исследование и применение» (Красково, 2005 г.), научно практической конференции «Применение эффективных материалов и новых технологий» (Москва, 2005 г.) и на ученом совете ОАО «ВНИИСТРОМ им. П.П.Будникова» 7 февраля 2006 г. На защиту выносятся
теоретические положения о повышении прочности мелкозернистых бетонов;
зависимость свойств цементно-песчаных смесей от вида и количества комплексных химических добавок;
зависимость структуры и свойств мелкозернистых бетонов от свойств комплексных химических добавок;
зависимость структуры и свойств мелкозернистых бетонов от технологических факторов;
- результаты опытно-промышленного внедрения.
Настоящая работа выполнена в ОАО «ВНИИстром им. П. П. Будникова» под руководством к.т.н. Гиндина М.Н., которому автор выражает глубокую признательность и благодарность. Автор также благодарит коллектив Лаборатории ячеистого бетона института за помощь в выполнении работы.
Мелкозернистые бетоны, особенности их технологии, структуры и свойств
Недостаток крупного заполнителя во многих регионах страны (Центральный район, Поволжье, Западная Сибирь и др.) обусловил повышенный интерес к мелкозернистым бетонам, позволил выявить многие особенности их структуры и свойств. Однако простая замена щебня песком при сохранении заданной прочности приводит к увеличению расхода цемента в бетонах на 20-30%. Кроме того, может снизиться комплекс строительно-технических свойств (деформативность, усадка, морозостойкость и пр.). Понятие структура твердого тела, в частности, бетона, включает в себя не только строение и размеры отдельных его составляющих (заполнителя, цементного камня, контактной зоны), но и наличие пор, характер распределения пор по размерам, условия срастания и взаимодействия, наличие открытой и условно-замкнутой пористости, распределение дефектов и т. д. Анализ структуры, технологии и свойств мелкозернистых бетонов, выполненный Баженовым Ю.М.(3, 4, 5,6 ), Батраковым В.Г. (9), Волженским А.В. ( 21, 22, 23, 24), Гершбергом О.А.( 26, 27 ), Магдеевым У.Х.( 5, 66 ), Михайловым Н.В. ( 70, 71, 96 ), Саталкиным А.А. ( 84 ) и рядом других исследователей (25, 30, 31, 33, 34, 47, 54, 56, 57, 58, 60, 68, 74, 75, 76, 77, 86, 87, 91,95,98, 105, 106,113,114 ) показывает, что они имеют определенные особенности, обусловленные прежде всего: - отсутствием жесткого несущего скелета заполнителя, - наличием большой поверхности заполнителя, часто имеет место недостаток цементного теста для обмазки зерен заполнителя и заполнения его межзерновой пустотности, - повышенным содержанием цементного камня в составе бетона, - наличием значительной по объему, часто неорганизованной пористости. Данные особенности структуры мелкозернистого бетона приводят к тому, что при одном и том же расходе цемента прочность на сжатие мелкозернистого бетона ниже, чем прочность обычного тяжелого бетона с крупным заполнителем (при равной подвижности бетонной и цементно-песчаной смесей). При одной и той же прочности на сжатие прочность мелкозернистого бетона на растяжение и изгиб выше, чем у обычного тяжелого с крупным заполнителем. Модуль упругости мелкозернистого бетона ниже, чем у равнопрочного обычного тяжелого. Деформации усадки и ползучести у мелкозернистого бетона выше. Морозостойкость, водонепроницаемость и ряд других эксплуатационных свойств у мелкозернистого бетона часто ниже, чем у обычного тяжелого бетона.
Простая замена щебня песком при сохранении заданной прочности приводит к увеличению расхода цемента в бетонах на 20-30%. Кроме того, может снизиться комплекс строительно-технических свойств (деформативность при кратковременной нагрузке, усадка, ползучесть, морозостойкость и пр.). Для исключения этих процессов при производстве мелкозернистых бетонов применяются различные технологические приемы (домол цемента, классификация заполнителя, введение различных микронаполнителей, интенсификация перемешивания, вакуумирование бетонной смеси, применение силовых методов уплотнения и т.д.).
По мнению Михайлова Н.В. (70,71) для получения высокопрочного плотного бетона цементный камень должен состоять из мелкокристаллических сростков и обладать однородной тонкокапиллярной структурой. Для этого необходимо применять высоковязкое цементное тесто, получаемое при использовании тонкоизмельченного цемента и микронаполнителя (молотого кварцевого песка). Следовательно, одним из приемов, позволяющим снизить расход цемента при производстве мелкозернистых бетонов, является домол цемента одного или с кварцевым песком. Портландцемент, выпускаемый нашей промышленностью, характеризуется невысокой дисперсностью. Его удельная поверхность составляет обычно 2500-3500 см /г. Такие показатели дисперсности не позволяют полностью использовать его вяжущие свойства. Кроме того, в процессе доставки цемента потребителю и его хранении происходит потеря активности вяжущего. Для исключения этого явления и повышения активности цемента рациональным приемом является его домол перед производством бетонной или цементно-песчаной смеси до удельной поверхности 4000-5000 см /г. Как показали исследования (95), домол цемента удельной поверхностью 2500-3500 см /г до 4000-5000 см /г позволяет повысить прочность мелкозернистых бетонов на 15-30% в зависимости от расхода цемента. Однако этот прием рационален только для бетонов высоких марок с расходом цемента 500 кг/м и более. Там имеется избыток цементного теста. Для низкомарочных бетонов с недостатком цементного теста этот прием не рационален. Для таких бетонов целесообразен помол цемента с песком или с другим кремнеземистым компонентом. Следует отметить, что процесс помола цемента на предприятиях по производству бетонных и железобетонных изделий технически сложен, требует соответствующего помольного оборудования и пылеосадительных систем. Практического применения он не получил.
Баженов Ю.М. ( 6 ), рассматривая широкий диапазон цементно-песчаных смесей от умеренно-жестких до подвижных, т.е. тех, которые наиболее широко применяются при производстве бетонных и железобетонных изделий, установил, что на подвижность цементно-песчаных смесей и прочность мелкозернистых бетонов существенное влияние оказывает качество песка (его крупность, форма зерен и т.д.). По его мнению, для достижения наилучших результатов необходимо использовать крупные чистые пески непрерывного зернового состава с малой удельной поверхностью и пустотностью. Целесообразным является классификация и обогащение песка, возможен отсев мелких и средних фракций. В тощие цементно-песчаные смеси, по его мнению, целесообразно введение микронаполнителя.
Вознесенский В.А. ( 19 ) показал, что улучшить реологические характеристики цементно-песчаных смесей можно изменением количества и вязкости цементного теста и его распределением в смеси. Основным средством улучшения свойств мелкозернистых бетонов он считает регулирование зернового состава песка, применение песков с прерывистой гранулометрией. Мелкозернистые бетоны в этом случае за счет жесткости песчаного скелета и плотности упаковки зерен имеют прочность на сжатие на 20-30% выше, чем на рядовых песках.
Влияние добавок на свойства цементно-песчаных смесей и мелкозернистых бетонов
Как видно, переход от крупного песка к среднему и мелкому приводит к увеличению водопотребности смеси со 160 - 200 до 185 - 220 л/м3 и к снижению прочности бетона с 17-28 МПа в возрасте 7 суток и с 24 - 35 МПа в возрасте 28 суток соответственно до 14-20 МПа и 19-27 МПа, т.е. 20-30%. Однако следует отметить, что прочность мелкозернистого бетона с добавкой на мелком песке выше, чем у бетона на среднем песке без добавок (см. опыты 3 и 6), а у бетона на среднем песке с добавкой выше, чем на крупном песке, но без добавок. То есть применение комплексной добавки позволяет заменить песок более мелким.
Опыты показали, что на известняковом заполнителе введение добавок привело к снижению водопотребности цементно-песчаной смеси и к повышению прочности бетона. Как видно, на известняковом песке эффективность применения добавок не ниже, чем на кварцевом. Так введение добавок С-З+ЛСТ в количестве соответственно 0,5-0,15% от массы цемента привело к увеличению прочности бетона с 16-22 МПа до 26 - 33 МПа или примерно в .1,5 раза. При этом эффективность применения добавок в бетоне на известняковом песке оказалась несколько выше, чем в бетоне на кварцевом песке ( Яд 28 /RK 28 =1,41-1,42 на кварцевом песке и Яд 2s /RK 28 =1,5 на известняковом песке).
Следует отметить, что применение известнякового песка с модулем крупности 2,9 Хомяковского месторождения, вместо Пятовского с модулем крупности 2,8, как в бездобавочных смесях, так и в смесях с добавками привело к незначительному снижению прочности бетона в 7 и 28 суток (соответственно 16-33 МПа и 17-35 МПа). Это обусловлено, по-видимому, более низкой прочностью известнякового заполнителя.
Таким образом, выполненные исследования показали целесообразность применения комплексных химических добавок в цементно-песчаных смесях и мелкозернистых бетонах. При этом следует отметить, что эффективность применения комплексных химических добавок в цементно-песчаных смесях и мелкозернистых бетонах выше, чем у обычных тяжелых бетонов с крупным заполнителем.
Такое действие комплексных добавок обусловлено, по-видимому, следующим. В высоковязких системах (цементно-песчаные смеси) вводимого количества пластифицирующих добавок (ЛСТ или С-3) недостаточно для создания надежной гидрофильной оболочки и для обеспечения смачивания зерен цемента, характеризующихся высокой удельной поверхностью. Введение комплексных добавок повышает стабильность системы цемент-вода, позволяет создать надежные гидрофильные установки, улучшает смачиваемость зерен цемента.
Для оценки влияния добавок поверхностно-активных веществ на стабильность системы цемент-вода в работе были выполнены следующие опыты.
В стеклянный цилиндр емкостью 1000 мл заливалось 900 мл воды или водного раствора добавок. Затем в цилиндр всыпалось 100 г цемента. Полученная смесь тщательно перемешивалась для получения суспензии, после чего определялось время, в течение которого происходило выпадение цемента в осадок из суспензии. Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблице 3.1.4. Как видно, введение одиночных добавок поверхностно-активных веществ привело к повышению стабильности системы цемент-вода. В частности, время выпадения цемента в осадок увеличилось с 60 до 70-100 мин. или на 15-50%. Однако более эффективным оказалось применение комплексных добавок. В этом случае время выпадения цемента в осадок увеличилось до 130-140 мин., т.е. примерно в 2 раза по сравнению с бездобавочной смесью. По-видимому, введение в суспензию комплексных добавок позволяет получить на поверхности зерен цемента значительные по размерам сольватные оболочки, что приводит к повышению стабильности суспензии. Полученные выводы совпадают с результатами работ других исследователей (10, 23, 30).
Во многих работах (3, 20, 69, 73) указывается, что наибольший эффект от применения пластификаторов и суперпластификаторов достигается в подвижных смесях, где объем воды в пространстве между частицами цемента сравнительно велик. В жестких смесях с предельно низким водоцементным отношением основной объем воды связан поверхностью частиц цемента и новообразований, поэтому освобождение воды незначительно увеличивает объем дисперсионной среды, следовательно, силы сцепления между частицами устраняются не полностью. Это обусловливает более низкую эффективность применения пластификаторов в жестких бетонных и цементно-песчаных смесях. Однако исследования, выполненные в работах (5, 65), показали, что в жестких цементно-песчаных смесях целесообразно применение комплексных добавок (пластификатор + воздухововлекающая добавка). Данные исследования были выполнены для жестких цементно-песчаных смесей с расходом цемента 500-600 кг/м , предназначенных для производства высокопрочных мелкозернистых бетонов классов В 40 - В 50.
Прочность на сжатие и растяжение, модуль упругости
Особенности состава и структуры мелкозернистых бетонов (высокое содержание цементного камня, значительная величина контактной зоны заполнитель - цементный камень и др.) обусловливают некоторые особенности их физико-механических свойств. В частности, мелкозернистые бетоны характеризуются повышенной призменной прочностью, пониженным модулем упругости, более высокой трещиностойкостью (6). Замена заполнителя на основе кварцевого песка на известняковую высевку может оказать влияние на эти характеристики бетонов. Так, в работах (12, 52, 104 и др.) показано, что прочностные и деформативные характеристики заполнителей (прочность, модуль упругости, коэффициент Пуассона), оказывает существенное влияние на аналогичные характеристики бетонов. В частности, применение менее прочного, более деформативного известнякового заполнителя приводит к изменению деформативных характеристик бетонов. Введение химических добавок также может оказать определенное влияние на эти свойства бетонов. Особенно существенно влияние химических добавок на физико-механические показатели может проявиться в мелкозернистых бетонах. Так, пластифицирующая добавка ВА, вызывающая снижение начального водосодержания на 10 — 15 %, приводит к повышению модуля упругости песчаного бетона на 8 - 12 % (23). Однако опыты Дмитриева А.С., Малининой Л.А. и Никифорова А.П. (40) показали, что введение лигносульфанатов в повышенных дозировках (0,5 - 0,8 % от массы цемента), вызывает изменение формы и уменьшение размеров кристаллов новообразований в цементном камне, увеличивает воздухововлечение, что приводит к снижению модуля упругости бетона на 5 - 7 % и увеличивает ползучесть на 8 - 10 %. Исследования Булгаковой Н.Г. и Иванова Ф.М. ( 15 ) показали, что введение добавки С-3 в количестве 0,6 % от массы цемента практически не сказалось на физико-механических свойствах бетона. По мнению Гольденберга Л.Б. и Оганесянца С.Л. ( 30, 31 ) введение химических добавок практически не влияет на физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов. По-видимому, различные химические добавки по-разному могут оказать влияние на физико-механические свойства бетонов.
Поэтому в работе были выполнены соответствующие исследования. В опытах использовались цемент №2 и заполнители песок №1 и №4. Перемешивание осуществлялось в бетоносмесителе с вертикальным смесительным валом. Уплотнение смеси производилось по принятому режиму. Были изготовлены кубы с ребром - 70,7 мм и призмы-балки размером - 70,7 х 70,7 х 280 мм. В каждой серии испытывалось по 6 призм.
Испытания кубов на сжатие осуществлялось по ГОСТ 10180-90. Испытания призм на сжатие осуществлялось ступенчато-возрастающей кратковременной нагрузкой, соответствующей ГОСТ 24452-80. Каждая призма перед испытанием на осевое сжатие центрировалась по физической оси. Нагрузка на призмы давалась ступенями примерно по 0,1 от призменной прочности с выдержкой на каждом этапе по 5 мин. Измерение продольных деформаций осуществлялось индикаторами часового типа с ценой деления -0,01 мм. При уровне напряжений 5 = (0,5 - 0,6)Якр индикаторы снимались, а призмы доводились до разрушения. Модуль упругости определялся при уровне напряжений - 5 = 0,3Rjcp. Кроме статического модуля упругости бетона, прибором «Бетон-22М» по скорости ультразвука определялся динамический модуль упругости - Един. (39): Составы смесей и результаты испытаний бетонов на сжатие в возрасте 28 суток представлены в таблице 4.1.1. Как видно, для исследуемых составов бетонов на различных заполнителях с расходом цемента 400 кг/м3 без добавок кубиковая прочность на сжатие в возрасте 28 суток изменяется от 22 до 30 МПа. Аналогичные составы с комплексной добавкой С-З+ЛСТ имеют прочность 31-36 МПа, т.е. примерно на 20 - 25 % выше. Испытания показали, что призменная прочность исследуемых мелкозернистых бетонов составляет 0,81 - 0,89 от кубиковой. Т.е. относительное значение призменной прочности мелкозернистого бетона несколько выше, чем у обычного тяжелого бетона с крупным заполнителем ( 12), и выше значений, указанных в СНИП 2.03.01-84. Однако это совпадает с результатами, представленными в работах (6, 31, 98) для мелкозернистых бетонов. Повышенная призменная прочность мелкозернистых бетонов обусловлена, по-видимому, повышенным содержанием в них цементного камня, несколько повышенной деформативностью бетона, увеличенной поверхностью раздела фаз, высокой удельной поверхностью заполнителя. Замена кварцевого песка на известняковую высевку для бетонов прочностью на сжатие 24-39 МПа практически не сказалась на призменной прочности (см. рис. 4.1.1). Введение комплексной химической добавки С-З+ЛСТ, вызывающее увеличение прочности бетона на сжатие, привело соответственно к увеличению такого показателя, как призменная прочность. Испытания показали, что полученные значения модуля упругости мелкозернистого бетона на кварцевом песке близки с данными, приведенными в работах (5, 6, 21, 30, 57, 84) и указанные в СНИП 2.03.01-84. Однако замена кварцевого песка на известняковую высевку привела к снижению величины модуля упругости (см. рис. 4.1.2). При этом с повышением прочности мелкозернистого бетона с 22 до 39 МПа имеет место усиление влияния заполнителя.
Технико-экономическая эффективность изделий из мелкозернистого бетона на основе высевки от производства щебня
Вяземского ГОКа морозостойкость мелкозернистого бетона, изготовленного из малопластичной цементно-песчаной смеси, относительно не велика, она не превышает марки F 100. После 3-х циклов попеременного замораживания и оттаивания коэффициент морозостойкости равен 0,95. При этом под коэффициентом морозостойкости понимается отношение прочности водонасыщенного бетона перед началом испытаний к прочности бетона после испытаний. Введение комплексной добавки С-3 + ЛСТ в количестве соответственно 0,5+0,15% от массы цемента (см. опыт 2) привело к увеличению коэффициента морозостойкости после 5-й циклов до 0, 98, т.е. по морозостойкости бетон соответствует марке F200. Следует отметить, что введение добавки, как было указано выше, привело к изменению структуры бетонов (см. таблицу 3.4.2, опыты 1 и 2). Так, объем открытых пор снизился с 11,3 до 9,3%, а капиллярный подсос - с 9,5 до 8,2%. Несколько улучшились такие показатели как условный размер пор и показатель однородности пор по размерам, увеличение морозостойкости бетона.
Замена кварцевого песка известняковым (см. опыты 3 и 4) привела к увеличению водопотребности цементно-песчаной смеси с 200 до 215 л/м и к снижению морозостойкости бетона. После 3-х циклов коэффициент морозостойкости равен 0,76. Введение комплексной добавки привело к повышению коэффициента морозостойкости после 3-х циклов до 0,96. Т.е. бетон соответствует марке F 100. При этом имело место снижение открытой пористости и величины капиллярного подсоса соответственно с 12,4 и 10,9% до 10,2 и 9,5% (см. таблицу 3.4.2, опыты 3 и 4). Как видно, при одной и той же величине открытой пористости, морозостойкость бетона на кварцевом песке выше, чем на известняковой высевке. При этом для разных заполнителей характер зависимости морозостойкости от пористости имеет примерно одинаковый характер.
При использовании жестких цементно-песчаных смесей характер влияния заполнителей и добавок на морозостойкость бетонов практически не изме 120 нился (см. опыты 5,6,7 и 8). Так бетон, приготовленный из бездобавочной смеси на кварцевом песке, после 5 циклов имел коэффициент морозостойкости 0,98 (марка F 200). Введение комплексной добавки повысило коэф-фицент морозостойкости после 8-й циклов до 0,96 (марка F 300). Объем открытой пористости и капиллярный подсос сократились соответственно с 8,3 и 8,1% до 6,4 и 5,7% (см. таблицу 3.4.2, опыты 5 и 6). Замена кварцевого песка известняковым (см опыты 7 и 8) привела к снижению морозостойкости соответственно до 100 и 150 циклов (можно ожидать что у состава 8 после 4-х циклов коэффициент морозостойкости не менее 0,95). Влияние добавки проявилось аналогично.
Определенное влияние на морозостойкость бетонов проявил цемент. Так, замена среднеалюминатного портландцемента Воскресенского завода марки ПІД 400Д20 на низкоалюминатный бездобавочный цемент Белгородского завода привела к незначительному повышению коэффициента морозостойкости бетонов на известняковом песке до 0,95 на бездобавочной смеси и до 0,97 на смеси с комплексной добавкой. По-видимому, для таких смесей более определяющую роль играет вид применяемого заполнителя и, особенно, наличие комплексной добавки. Опыты 11- 14, в которых применялись портландцемента Михайловского и Щуровского заводов, подтвердили данный вывод.
Таким образом, основным фактором, определяющим морозостойкость исследуемых мелкозернистых бетонов, является вид применяемого заполнителя (его минералогический состав, прочность, морозостойкость). Вид применяемого цемента не оказал существенного влияния на морозостойкость исследуемых мелкозернистых бетонов. Применение комплексных добавок, снижающих величину открытой капиллярной пористости, позволяет получить мелкозернистые бетоны марки F 200 - 300 на кварцевом песке и F 150 - 200 на известняковом песке.
Важнейший фактор долговечности бетона - водонепроницаемость - зависит от таких факторов, как характеристики составляющих бетонной смеси, ее состава, условий приготовления смеси, ее уплотнение, твердение, а также таких показателей, как условия воздействия внешней среды, напряжений в конструкциях, свойств жидкости (температура, давление) и пр. Существенными факторами, определяющими водонепроницаемость бетонов являются крупность заполнителей, их сцепление с цементным камнем, характер контактной зоны «цементный камень - заполнитель», наличие химических добавок.
По мнению большинства исследователей (4, 18, 103) снижение крупности заполнителей, приводящее к увеличению величины контактной зоны «цементный камень - заполнитель», обусловливает увеличение водонепроницаемости бетонов. Введение химических добавок, снижающих начальное водосодержание бетонной или цементно-песчаной смеси, ее водоотделение и седиментационные процессы, модифицирующих структуру бетонов, приводит к повышению водонепроницаемости бетонов.
Анализ литературных данных ( 96 ) показывает, что наличие характеристики поровой структуры бетонов позволяет оценить, в частности, их проницаемость. Исследованию связи пористости и проницаемости бетонов посвящен ряд работ ( 18, 103, 104). В работе ( 103 ) определена взаимосвязь между проницаемостью бетона и его водопоглощением -объемом открытых капиллярных пор - W0 и показателем условного размера пор - X. По полученным данным можно прогнозировать проницаемость исследуемых бетонов. В данной работе была определена водонепроницаемость исследуемых мелкозернистых бетонов по параметрам пористости. Кроме этого, была определена фактическая водонепроницаемость бетонов в соответствии с ГОСТ 12730.5-84, прил.4 прибором «Агама». Результаты определения водонепроницаемости бетонов представлены в таблице 4.2.3. и на рис. 4.2.3.
