Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Общие тенденции развития технологии бетона и железобетона 10
1.2 Высокопрочные бетоны 11
1.2.1 Общая характеристика 11
1.2.2 Предел прочности на сжатие 17
1.2.3 Деформационные свойства 19
1.3 Самоуплотняющиеся бетоны 19
1.3.1 Общая характеристика 10
1.3.2 Расчет состава самоуплотняющихся бетонов 22
1.3.3 Текучесть самоуплотняющихся бетонных смесей 24
1.3.4 Деформационные свойства самоуплотняющихся бетонов (СУБ) 26
1.4 Усадка высокопрочных и самоуплотняющихся бетонов 29
1.4.1 Общие представления 29
1.4.2 Усадка при высыхании 32
1.4.3 Усадка контракционная 33
1.5 Цели и задачи исследования 39
ГЛАВА 2 Характеристика исходных материалов. методика исследований 41
2.1 Материалы, использованные в экспериментальныхисследованиях 41
2.1.1 Портландцемент 41
2.1.2 Минеральные наполнители 43
2.1.3 Мелкий заполнитель 52
2.1.4 Крупный заполнитель 54
2.1.5 Суперпластификаторы 54
2.1.6 Вода 56
2.2 Методика экспериментальных исследований 57
2.2.1 Методика определения параметров текучести самоуплотняющихся смесей 57
2.2.2 Определение текучести бетонной смеси 59
2.2.3 Методика расчета составасамоуплотняющегосябетона 61
2.2.4 Методика определения тепловыделения цементного теста 62
2.2.5 Методика определения влияния модификаторов на модуль упругости 68
2.2.6 Методика определения влияния модификаторов на меру ползучести
цементного камня 69
2.2.7 Методика определения усадки 69
2.2.7.1 Методика определения влияния модификаторов на величину
усадки при высыхани 69
22.1.2 Методика определения контракционнойусадки 70
ГЛАВА 3 Влияние добавок на текучесть цементного теста и на формирование структуры бетона, процессы гидратации, тепловыделения и изменение пористости 71
3.1 Влияние суперпластификаторов и минеральных добавок на текучесть цементного теста 71
3.2 Влияние суперпластификаторов и минеральных добавок на тепловыделение цементного камня 75
3.3 Влияние суперпластификаторов и минеральных добавок на общую пористость цементного камня 84
3.4 Контракционная пористость 88
Выволы по главе 3 90
ГЛАВА 4 Эффективность добавок в формировании модуля упругостии прочности самоуплотняющихся высокопрочных бетонов 92
4.1. Влияние минеральных добавок напрочностьцементного камня 92
4.2 Влияние суперпластификаторов на прочность и деформационные
свойства цементного камня с минеральными модификаторами 101
4.3 Влияние модификаторов на модуль упругости цементного камня 108
Выводы по главе 4 113
ГЛАВА 5 Влияние модификаторов на ползучесть и усадку цементного камня 114
5.1 Влияние модификаторов на ползучесть цементного камня 114
5.2 Усадка при высыхании 120
5.3 Контракционная усадка 122
Выводы по главе 5 127
Общие выводы 128
Список литературы 131
Приложение 144
- Деформационные свойства
- Минеральные наполнители
- Влияние суперпластификаторов и минеральных добавок на тепловыделение цементного камня
- Влияние модификаторов на модуль упругости цементного камня
Введение к работе
Актуальность. Начиная с 60-х годов прошлого века железобетон становится доминирующим конструкционным материалом, с 1970 по 1990 г. произошло повышение предела прочности на сжатие бетона, используемого при строительстве объектов, с 52 до 130 МПа, т.е. практически в 2,5 раза. Прочность бетона, достигаемая в лабораториях, за это время выросла со 119 до 268 МПа, т.е. в 2,25 раза. За 20 с небольшим лет после 1990г. прочность бетонов, используемых при строительстве объектов, возросла практически до 160 МПа. За последние 25 лет интенсивно развивается технология самоуплотняющихся бетонов (СУБ, или SCC - self compacting concrete; SVB - selbst verdichtender beton; BAP - beton auto placant), применение которых позволяет осуществлять бетонирование практически любых, в т.ч. густоармированных, конструкций, с высокими темпами производства работ при минимальных трудозатратах на бетонирование. Высокопрочные СУБ (класса В50/60 по EN или класса В60 по нормам России) позволяют осуществлять строительство уникальных объектов. Технология указанных эффективных бетонов базируется на применении минеральных и органических модификаторов, регулирующих подвижность бетонной смеси, поровую структуру, собственные деформации и сцепление цементного камня с заполнителем, в качестве которых используется активный микрокремнезем, в т.ч. зола рисовой шелухи (ЗРШ), метакаолин (МК) и высокоэффективные суперластификаторы (СП), как правило, на основе эфиров поликарбоксилатов. Совершенствование технологии высокопрочных СУБ требует решения проблемы возможного раннего трещинообразования бетона и железобетона вследствие развития химической, или контракционной усадки, которая существенно возрастает при пониженных значениях В/Ц, свойственных высокопрочным бетонам. Особенности макроструктуры высокопрочных СУБ предопределяют возможность к повышению усадки при высыхании, ползучести, снижению модуля упругости вследствие повышенной концентрации цементного камня в таких бетонах в сочетании с «поликарбоксилатными» СП, влияние которых на указанные свойства бетона изучены недостаточно.
В связи с вышеизложенным в работе формулируется рабочая гипотеза о том, что применение ЗРШ в сочетании с МК и эффективными для базового портландцемента СП позволит получить самоуплотняющиеся бетонные смеси, в которых ЗРШ и МК, выступая в роли минеральных наполнителей, обеспечивающих связность высокоподвижной бетонной смеси, в дальнейшем позволят получить высокопрочные бетоны за счет обеспечения повышенного сцепления цементного камня с заполнителем вследствие применения ЗРШ, регулирования поровой структуры, собственных и вынужденных деформаций вследствие применения МК в сочетании с ЗРШ и СП.
Целью диссертационной работы является развитие научных представлений о текучести минеральных суспензий, процессе гидратации и формировании поровой структуры портландцементного камня, модифицированного золой рисовой шелухи и метакаолином в сочетании с эффективным для базового портландцемента суперпластификатором, взаимосвязи поровой структуры и свойств модифицированного цементного камня и самоуплотняющегося бетона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучить влияние ЗРШ и МК на текучесть цементных суспензий, выявить закономерность изменения текучести в зависимости от дозировки и вида СП, определить рациональные дозировки минерального модификатора и СП для получения самоуплотняющихся бетонных смесей;
изучить влияние ЗРШ и МК, в т.ч. в сочетании с СП, на тепловыделение и собственные деформации, сопровождающие процесс гидратации вяжущего в ранний период формирования структуры;
изучить влияние ЗРШ и МК, в т.ч. в сочетании с СП, на величину общей и контракционной пористости цементного камня;
уточнить зависимость «предел прочности на сжатие - общая пористость» модифицированного камня, выявить роль изменения пористости и прочности кристаллического сростка в формировании прочности цементного камня и бетона;
уточнить зависимость «предел прочности при изгибе - предел прочности на сжатие» модифицированного цементного камня и бетона;
изучить влияние ЗРШ и МК, в т.ч. в сочетании с СП, на модуль упругости, меру ползучести, усадку при высыхании и контракционную усадку цементного камня.
Научная новизна работы заключается в:
выявленной закономерности влияния ЗРШ в сочетании с МК и СП на поровую структуру, прочность кристаллического сростка и собственные деформации цементного камня, объясняющей повышение предела прочности цементного камня на сжатие до 70%, повышение модуля упругости бетона на до 15%, изменение значения меры ползучести бетона от 0,44 до 1,19 относительно меры ползучести равнопрочного бетона без модификатора, снижение контракционной усадки до 30%;
развитии научных представлений о продолжительности индукционного периода и процессе гидратации в ранний период, возможности оценки степени гидратации цемента по величине тепловыделения для прогноза предела прочности цементного камня в любом возрасте, получении данных об изменении общей пористости модифицированного камня в пределах 0,63 - 1,13 относительно исходного портландцемента, уменьшении доли контракционной пористости в общей пористости модифицированного камня вследствие изменения соотношения «контракционная пористость/контракционная усадка»;
уточнении основных зависимостей «состав-структура-свойства» применительно к пределу прочности на сжатие и при изгибе, модулю упругости, мере ползучести, усадки при высыхании и контракционной усадки модифицированного цементного камня и бетона.
Практическое значение работы заключается в:
установленной закономерности повышения дозировки СП в 1,85 - 3,33 раза относительно состава без минеральных модификаторов для получения самоуплотняющихся бетонных смесей, содержащих ЗРШ и МК и определении рациональных дозировок эффективного СП для получения смесей с маркой по текучести SF-1 и SF-2;
установленной рациональной дозировке минерального модификатора 20% от массы портландцемента при соотношении ЗРШ:МК = 1:1;
полученных количественных зависимостей предела прочности при изгибе, модуля упругости и меры ползучести от прочности на сжатие, в соответствии с которыми повышение прочности при изгибе составляет до 28%, модуля упругости до 15%, изменение меры ползучести в диапазоне от 0,44 до 1,19 относительно равнопрочного бетона без модификатора.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты экспериментальных исследований текучести минеральных суспензий, содержащих двух- (ЗРШ+МК) или трехкомпонентный (ЗРШ+МК+глиноземистый цемент), в зависимости от вида и дозировки СП, влияния модификаторов на тепловыделение, длительность индукционного периода, контракционную и общую пористость, контракционную и усадку при высыхании, предел прочности на сжатие и при изгибе, модуль упругости и меру ползучести цементного камня и бетона;
выявленные закономерности влияния модификатора на структуру и свойства цементного камня и взаимосвязь основных прочностных и деформационных свойств цементного камня и бетона;
обоснование выявленных закономерностей изменения основных свойств цементного камня в присутствии модификаторов количественными изменениями общей пористости и кинетики собственных деформаций в период формирования структуры.
Достоверность исследований обеспечена:
применением методик, регламентированных действующими стандартами, поверенного оборудования;
использованием современной вычислительной техники и программного обеспечения при обработке экспериментальных данных, испытанием необходимого количества контрольных образцов-близнецов, обеспечивающего доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%.
Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены в докладах на научно- практических конференциях Ростовского государственного строительного университета «Строительство» 2012-2013 гг.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 5 публикациях общим объемом 0,9 п.л., в т.ч. 4 статьях в рецензируемых изданиях из списка ВАК.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, 6 приложений на 41 страницах, списка использованной литературы из 129 наименований, изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 96 рисунков, 38 таблиц.
Деформационные свойства
В исследованиях [13, 74, 88, 100, 101, 119] отмечается некоторое повышение модуля упругости высокопрочных бетонов, снижение деформаций ползучести и усадки, высокие значения водонепроницаемости и морозостойкости. Но следует отметить, что в указанных исследованиях все результаты, как правило, только констатируют факт, являются эпизодическими, не носят системного характера, что позволило бы выявит общую закономерность изменения указанных величин. Согласно [58], и модуль упругости бетона, и мера ползучести, и усадка связаны с составом бетона и модулем упругости и мерой ползучести цементного камня. Отмечается, что в присутствии некоторых СП указанные величины цементного камня могут изменяться весьма значительно. В связи с этим при использовании в составе бетона минеральных модификаторов в сочетании с СП необходимо выявить закономерность их влияния на деформационные свойства цементного камня.
Самоуплотняющиеся бетонные смеси (на английском SCC - self compacting concrete, на немецком SVB - selbst verdichtender Beton, на французском ВАР - Beton auto placant, в России часто используется сокращённое обозначение СУБ) позволяют осуществлять бетонирование практически любых, в т.ч. густоармированных, конструкций, поэтому в последнее время все шире используются при возведении уникальных объектов. Применение СУБ обеспечивает заказчику (застройщику) возможность обеспечения относительной безопасности капиталовложений за счёт создания строительных конструкций, в которых исключены дефекты вследствие уплотнения бетонной смеси и сокращения продолжительности строительства. Архитектор получает возможность более широкого выбора геометрии конструкций и свободы в организации пространства, дизайнерских решений за счёт обеспечения при применении СУБ особой гладкой и плотной наружной поверхности бетона, которая в точности повторяет форму и поверхность опалубки. Проектировщик получает возможность обеспечения долговечной эксплуатации конструкций и рационализации проектных решенийза счёт возможности применения более интенсивного армирования, более рациональной с конструктивной точки зрения формы конструкции. Производитель работ получает возможность существенной экономии трудозатрат в сочетании с интенсификацией производства работ и улучшениями условий труда. Таким образом, СУБ - это материал, выгодный для всех. БССпредложен в 1986 году профессором X. Окамурой в сотрудничестве с профессорами профессора К. Маекава и К.Озава.
Первая международная конференция, в которой приняли участие 150 исследователей из 15 стран, посвященная SCC, прошла в 1998 году. В 1996 г. создана рабочая группа специалистов RILEM из восьми стран для разработки рекомендаций по использованию SCC. В 2004 году организован технический комитет 205-DSC «Долговечность самоуплотняющегося бетона». В работе комитета участвуют 25 лабораторий из 14 стран. Согласно EN 206-1 удобоукладыва- емость 6 классов подвижных бетонных смесей (flow classes F 1 - F 6) характеризуется диаметром D расплыва стандартного конуса из бетонной смеси соответственно от менее 340 до более 630 мм. Европейские Правила [128] предусматривают три класса SCC по удобоукладываемости: SF 1 с диаметром расплыва D = 550 - 650 мм, SF 2 D = 660 - 750 мм, SF 3 D = 760 - 850 мм. Область применения указанных классов бетонных смесей представлена в табл. 1.3.
В 2000-2001 г.г. в институте строительных исследований, г.Аахен (Германия) было установлено, что прочность на сжатие СУБ как правило, выше, чем у обычного «вибрируемого» бетона, а прочность на раскалывание, статический модуль упругости, усадка и ползучесть самоуплотняющегося бетона примерно такие же. «Немецким комитетом по железобетону» в 2003 г. издан нормативный документ «DAfStb-Richtlinie Selbs verdichtender Beton (SVB Richtlinie)», в котором изложены термины и показана взаимосвязь с другими европейскими нормативными документами, а также методы диагностики СУБ.
Наименование бетонной смеси Обозначение Назначение и области применения самоуплотняющихся бетонов
Высокоподвижная(Flowability Slump flow) SF1(D = 550 - 650 мм) Неармированные или низкоармированные бетонные конструкции - плиты перекрытий, трубопроводы, облицовки туннелей, фундаментов. SF2(D =660 - 750 мм) Большинство обычных сооружений - колонны, стены. SF3(D =760 - 850 мм) Вертикальные элементы, густоармированные конструкции сложных форм, торкретирование.
Вязкая(Viscosity) VS1/VF1 (вязкость менее 8 секунд) Конструкции и изделия, к которым предъявляются высокие требования по качеству поверхности и не требующие дополнительной обработки. VS2/VF2(вязкость 9-25 секунд) Конструкции невысокого класса прочности. Ввиду повышенной расслаиваемости- тиксотропные свойства быстро изменяются за небольшой промежуток времени, что ограничивает расстояние транспортировки. Легкоформуемая(Passingability) РА 1 Вертикальные сооружения, домостроение, конструкции, армированные с шагом от 80 до 100 мм. РА 2 Инженерные сооружения, армированные с шагом от 60 до 80 мм. Устойчивая- красслоению (Segregation resistance) SRI(расслаиваемость не более 20%) Высотные элементы, за исключением тонких балок, вертикальные сооружения, армированные с шагом до 80 мм. Максимальное расстояние транспортировки менее 5 метров. SR2(расслаиваемость не более 15%) Стены и тонкостенные профили, армированные с шагом свыше 80 мм. Максимальное расстояние транспортировки более 5 метров.
В России также проводятся исследования, посвященные технологии СУБ [8, 11, 40, 43, 44, 54, 67, 75, 76, 90]. По данным [43], в России, общий объем самоуплотняющихся бетонов за период. по 2012 г. составил около 141000 м3, самоуплотняющихся высокопрочных бетонов классов В45-В100, в том числе классов: В45 более 14 300 м3, В50 более 71 000 м3, В60 более 27 400 м3, В85 более 7 000 м3, В90 более 18 000 м3 и В100 более 3 700 м3. I. 3.2 Расчет состава самоуплотняющихся бетонов Расчет состава СУБ базируется на следующих основных принципах [8, II, 15,40,75]: - макроструктура бетона (крупный заполнитель - растворная составляющая) организуются с ограничением объемной концентрации крупного заполнителя, обычно на уровне не более 0,34; - растворная составляющая (мелкий заполнитель - вяжущее тесто) также организуется с определенным ограничением объемной концентрации мелкого заполнителя. В [76] изучено влияние соотношения П/Ц (как функции концентрации цементного теста) на текучесть смеси и показано, что при снижении концентрации цементного теста ниже 0,58, что соответствует соотношению П/Ц примерно с 2008 г 1/1,4, отмечается резкое повышение предельного напряжения сдвига, т.е. снижение текучести растворной составляющей. Авторы полагают, что это обусловлено влиянием уменьшения толщины оболочек цементного теста ниже некоторого предела на повышение напряжения сдвига, и предлагают вывод о нецелесообразности использования структур СУБ с соотношением П/(Ц+Н) 1,4. - вяжущее тесто (цемент + минеральный наполнитель + вода) также проектируется с определенными ограничениями по содержанию минерального наполнителя, при этом может возникнуть следующая проблема: - с одной стороны, при проектировании составов бетона невысоких классов может потребоваться повышенное количество минерального наполнителя, поскольку объем вяжущего теста в составе СУБ достаточно высок; - с другой стороны, при повышении концентрации наполнителя сверх некоторого значения может происходить потеря текучести. В частности, в [76] показано, что для некоторых наполнителей происходит резкое снижение текучести минеральных суспензий при содержании наполнителя более 20%. Следует отметить, что в [76] в качестве наполнителя зола рисовой шелухи не рассматривалась. В связи с этим представляется актуальной задача исследования влияния на текучесть минеральных суспензий (на текучесть СУБ) с различными СП золы рисовой шелухи и метакаолина, в т.ч. при их совместном применении.
Минеральные наполнители
Поскольку из литературных данных установлено, что использование активного микрокремнезема может вызывать повышение усадки, для компенсации этого нежелательного эффекта в диссертационном исследовании использовался метакаолин (МК), представляющий собой термоактивированный алюмосиликатный материал, обладающий пуццолановой активностью, по которой он, может быть, сравним с микрокремнеземом. Поэтому МК является перспективной добавкой для получения высококачественного высокопрочного бетона.В состав МК входят активные кремнезем и глинозем, последний может взаимодействовать с гипсом и гидроксидом кальция, образуя гидросульфоалюминат кальция высокосульфатной формы (ГСАК-3, или эттрингит), который является основой при получении безусадочных и расширяющихся цементов.
Исходя из этого, исследована возможность применения добавки МК для регулирования собственных деформаций смешанного вяжущего, используемого для самоуплотняющегося высокопрочного бетона. В таблице 2.6 приведен основной химический состав метакаолина.
В качестве мелкого заполнителя использовался песок для строительных работ (природный обогащенный) Малкинского песчано-гравийного карьера, поставляемый в виде двух фракций - крупной (размерами зерен от 1,25 до 5 мм) и мелкой (размерами зерен от 0,16 до 0,63 мм), соответствующие ГОСТ 8736-93(с учетом требований ГОСТ 26633) с модулем крупности не менее 2,5. Содержание пылевидных и глинистых частиц (ПГ)менее 2%. Содержание глины в комках отсутствует. В таблице 2.7 приведены основные свойства песка. Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение крупной и мелкой фракций песка выбрано в пределах: крупной - от 30% до 50%, мелкой - от50% до70%по массе. Поставщик - ООО «ТиМ» (г.Ростов-на- Дону). Таблица 2.7
В качестве крупного заполнителя высокопрочных самоуплотняющихся бетонов рекомендуется использовать щебень по ГОСТ 8267 из изверженных либо метаморфических пород марки не ниже 1200. Предпочтительна фракция 5-10 мм. При использовании щебня фракции 5-20 мм содержание фракции 510 рекомендуется не менее 60%. Содержание ПГ рекомендуется не более 0,5%. Содержание глины в комках не допускается.
В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень Павловского карьера фракций 5-10 и 10-20 в количестве соответственно 40% и 60% по массе, соответствующий ГОСТ 8267. Насыпная плотность -1331 кг/м .
В технологии бетона применяются добавки, позволяющие снизить водосодержание бетонной смеси без изменения ее подвижности либо повысить подвижность бетонной смеси без изменения ее водосодержания. В зависимости от эффективности ГОСТ 24211 классифицирует указанные добавки на пластифицирующие, суперпластифицирующие, супепластификаторы. Очевидно, что для производства высокопрочных самоуплотняющихся бетонов следует применять высокоэффективные разжижители - суперпластификаторы. В литературе встречается термин «гиперпластификаторы» (ГП), под которыми понимаются добавки, способные снижать водопотребность бетонных смесей не менее чем на 30%. Для суперпластификаторов (СП) установлен показатель на уровне не менее 20%. СП и ГП производятся на различной химической основе, в основном это нафталинофор- мальдегидные соединения, меламиноформальдегидные соединения, эфиры поли- карбоксилатов. На строительном рынке Вьетнама указанные добавки представлены достаточно широко. В диссертационном исследовании использовались ГП на основе эфиров поликарбоксилатов производства BASF: - МеШих 2651 Б - ГП для высокопрочных бетонов и других строительных материалов на основе портландцемента, обеспечивающий высокую раннюю прочность; - МеШих 5581 Б - один из ГП последнего поколения для высокопрочных бетонов и других строительных материалов на основе портландцемента, обеспечивающий.высокую раннюю прочность;
Гиперпластификаторы Glenium производства BASF на основе эфиров по- ликарбоксилатов: - Glenium Асе 30 - для использования на заводах сборного железобетона, производящих быстротвердеющий бетон, а также предварительно напряженный бетон с очень низкими значениями соотношения воды и цемента, в результате чего получаются бетоны с очень высокой начальной и конечной прочностью. Возможно производство бетонов всех классов консистенций, начиная от F1 до F6 или же самоуплотняющихся бетонных смесей. - віепіит 51 для производства бетонов с низкими значениями соотношения воды и цемента, в т.ч. высокопрочного и самоуплотняющегося бетона.
Влияние суперпластификаторов и минеральных добавок на тепловыделение цементного камня
Как известно [58], пористость бетона на плотных заполнителях в основном представлена пористостью цементного камня, формируется в течение длительного времени вследствие процессов гидратации клинкерных минералов и предопределяет все строительно-технические свойства бетона. В связи, с широким распространением в последнее десятилетие высокопрочных бетонов из высокоподвижных, в т.ч. самоуплотняющихся бетонных смесей, для получения которых используются высокоэффективные суперпластификаторы (СП), в т.ч. новые, малоизученные на основе эфиров поликарбоксилатов, и минеральные модификаторы (ММ), вопрос о совместном влиянии СП и ММ, особенно ММ, обладающих гидравлической активностью, на пористость цементного камня, приобретает особую актуальность. В этом случае, влияние на процесс гидратации могут оказывать оба модификатора, при этом может изменяться соотношение между продуктами гидратации, истинная плотность которых различна, что может оказывать влияние на истинную плотность, и, следовательно, пористость цементного камня. Как известно, истинная плотность, портландита 2,23 г/см , а его количество может составлять 15-20%. У тоберморитового геля истинная плотность составляет примерно2,6 - 2,7 г/см3. Истинная плотность эттрингита 1,773 г/см3, а его количество может изменяться примерно от 8% в портландце- ментном камне до 23% в цементном камне с расширяющими добавками. Истинная плотность портландцементного клинкера от 2,9 до 3,2 г/см3, а его количество определяется степенью гидратации цемента. Истинная плотность полно стью гидратированного портландцемента составляет примерно 2,45 г/см . При введении в состав цементного камня БС и МК изменяется соотношение между гидросиликатами и портландитом, появляется повышенное содержание гидро- сульфоалюминатных фаз различной формы, что может вызывать изменение пористости цементного камня, в частности, снижать ее.
Изучено влияние на пористость цементного камня при В/(Ц+ММ) = 0,3 портландцементов (ПЦ) заводов «Пролетарий» и «Себряковский», совместно с СП (0,2 - 0,5%): «01епшт» 51, g30), «МеШих 2641» (т2641), «МеШих 2651» (т2651), «МеШих 5581» (т5581) и ММ: 10% от ПЦ - для ЗРШ и МК, 20% - для БС + МК, 15% для РК-1. Относительные значения общей пористости цементного камня Пд/Пэ (Пд - пористость цементного камня с СП, ММ или СП+ММ, Пэ - пористость бездобавочного эталона) представлены в таблице 3.5
Из представленных в таблице 3.5 данных следует:
1. СП на основе эфиров поликарбоксилатов могут оказывать, в зависимости от вида цемента и СП, наличия ММ, весьма значительное влияние на величину общей пористости цементного камня как в сторону увеличения (до 13,3%), так и в сторону уменьшения (до 37%). Такое влияние на величину пористости, безусловно, будет проявляться во влиянии СП на свойства цементного камня (и бетона), зависящие от пористости (прочность, деформационные свойства, стойкость в агрессивных средах).
2. ММ, в т.ч. при совместном введении с СП, так же могут оказывать влияние на величину общей пористости, вызывая как ее снижение (БС, МК, БС+МК), так и увеличение при введении расширяющей добавки РК-1. Следует отметить, что цементный камень с РК-1 твердел без ограничения деформаций расширения, в связи, с чем увеличение пористости в этом случае может быть следствием увеличения объема цементного камня в связи с его расширением.
3. В системе ПЦ+МК+БС в сочетании с glenшm 30 отмечается некоторое повышение общей пористости цементного камня, а в сочетании с гпеШих 5581 - снижение. Таким образом, из отмеченных ранее двух ГП предпочтение предварительно следует отдать добавке шеШих 5581 (рис. 3.6).
Как известно, контракционная пористость является причиной уменьшения абсолютного объема системы цемент — вода в процессе твердения цемента [58]. При этом уменьшение абсолютного объема системы происходит без изменения или даже с некоторым увеличением внешнего объема цементного камня. Таким образом, твердая фаза цементного камня как бы внутренне сжимается, образуя поры. Одной из причин контракции цементного камня считают также сжатие адсорбционных пленок воды, находящихся под большим давлением, обусловленным молекулярным силовым полем. Контракционная пористость зависит от водоцементного отношения, возрастая с увеличением В/Ц, и минералогического состава клинкера. Наибольшая величина контракции наблюдается у трехкальциевого алюмината, а наименьшая у двухкальциевого силиката; в среднем она составляет от 4,5 до 7 мл на 100 г цемента. Контракционная и гелевая пористости цементного камня возрастают с повышением степени гидратации цемента, при этом капиллярная пористость уменьшается. В конечном итоге это способствует повышению плотности, прочности и долговечности бетона.
Значения контракционной пористости как разность между величиной общей контракции, определенной по методике Ле-Шателье, и контракционной усадкой, представлены в табл.3.6.
Как следует из представленных в табл. 3.6 данных, минеральные модификаторы, вводимые в состав цемента, в т.ч. совместно с ГП, уменьшают величину контракционной пористости, что связано, вероятно, с изменением кинетики гидратации в присутствии модификаторов. Как видно из табл. 3.6, доля контракционной пористости относительно общей пористости в 28 сут. к 3 суткам у эталонного состава составляет 4,97%. В составах с модификаторами это значение составляет от 0,53 до 4,71%. Уменьшение контракционной пористости может негативно повлиять на морозостойкость цементного камня. Но этот показатель для условий Вьетнама не актуален. Более важным является то обстоятельство, что уменьшение контракционной пористости может быть следствием повышения контракционной усадки, в связи, с чем исследование контракционной усадки портландцементного камня с органоминеральными модификаторами заслуживает особого внимания.
Влияние модификаторов на модуль упругости цементного камня
Как следует из представленных в табл. 4.6 данных, все составы, содержащие модификатор, показали повышение предела прочности на сжатие от 8 до 74%, за исключение состава, модифицированного БС, у которого зафиксировано снижение прочности на 20%, что обусловлено высокой водопотребностью и, как следствие, снижением уплотняемости, повышением В/Ц и снижением прочности.
Повышение предела прочности на сжатие модифицированного цементного камня составов 3, 5, 7 можно объяснить: - в составе 3 повышение предела прочности на 42% обусловлено понижением пористости на 11% и повышением прочности кристаллического сростка на 24%; - в составе 5 повышение предела прочности на 74% при незначительном повышении пористости на 4% обусловлено повышением прочности кристаллического сростка на 83%; - в составе 7 повышение предела прочности на 41% обусловлено понижением пористости на 23% и повышением прочности кристаллического сростка на 15%.
В остальных составах повышение прочности связано с уменьшением пористости от 9 до 23% на фоне некоторого снижения прочности кристаллического сростка от 5 до 14%.
Таким образом, с точки зрения предела прочности на сжатие лучший результат обеспечивает модификатор МК+БС в сочетании с ГП glenшm 30 и теШих 2651, обеспечивающий существеное повышение прочности кристаллического сростка в сочетании с уменьшением (или практически неизменным значением) общей пористости.
Как следует из представленных на рис. 4.8 данных, введение СП в состав МЗБ совместно с минеральным модификатором МК+ЗРШ способствует повышению предела прочности при изгибе при той же величине предела прочности на сжатие. Этот факт свидетельствует о более высокой трещиностойкости МЗБ, модифицированного МК+ЗРШ совместно с СП. Сопоставляя полученные в настоящей работе результаты (рис. 4.9, 4.10) с известными достижениями [10, 18, 26, 28, 39, 56, 57], можно сделать следующие выводы: - МЗБ, модифицированный МК+ЗРШ совместно с рациональным для данного цемента СП обеспечивает значение прочности бетона не хуже известных аналогов, за исключением состава №6, в котором реализованы технологии «порошкового бетона»; - МЗБ, модифицированный МК+ЗРШ в сочетании с СП, обеспечивает в диапазоне прочности на сжатие до 100 МПа не худшее соотношение прочности при изгибе и сжатии, чем у известных аналогов. Следует отметить, что аналоги, имеющие предел прочности на сжатие свыше 100 МПа получены с элементами технологии «порошкового бетона».
Таким образом, применение минерального модификатора МК+ЗРШ состава 1:1 в дозировке порядка 20% массы вяжущего (80% ПЦ + 20% МК+ЗРШ) в сочетании с эффективным для данного цемента СП обеспечивает прочностные показатели цементного камня и бетона на уровне известных аналогов. Рис. 4.9 Зависимость предела прочности на сжатие от В/Ц
Представленная на рис. 4.11 зависимость модуля упругости цементного камня от его прочности на сжатие показывает, что большинство модифицированных составов показывают значение модуля упругости выше, чем можно ожидать из зависимости ф. (4.2), и только состав, содержащий ГП glenium 30, показывает заметное снижение модуля упругости цементного камня. Представленная на рис. 4.12 зависимость модуля упругости цементного камня от пористости показывает, что цементный камень всех модифицированных составов имеет модуль упругости выше относительно эталона при равной пористости. отличие модуля упругости цементного камня при равной пористости означает, что величина Е0, т.е. модуль упругости кристаллического сростка у модифицированных составов, может быть различной. В составе цементного камня представлены: - клинкер (не гидратированный цемент) с объемом порядка 14,4 - 28,5%; - портландит с объемом 11-15%; - эттрингит с объемом 8 - 27%%; - тоберморит - остальное, при этом «носителем» пористости в цементном камне являются тоберморит, портландит и эттрингит. Модуль упругости составляющих цементного камня весьма различен. Так, модуль упругости портландита 15000 МПа, тоберморито- вого геля 33000 МПа, эттрингита от 40 до 70 МПа, портландцементного клинкера от 35000 до 105000 МПа. Поскольку модуль минеральных модификаторов, а также новообразований, образующихся при взаимодействии модификаторов с продуктами гидратации цементного камня, также может быть различным, и в случае изменения соотношения между этими компонентами, составляющими структуру цементного камня, модуль упругости кристаллического сростка может изменяться.
Ецкд; Ецк,э - соответственно начальный модуль упругости цементного камня, содержащего модификатор, и бездобавочного эталона, то повышение модуля упругости цементного камня с модификатором на 5 - 32% может привести к повышению модуля упругости бетона на 2 - 15%. В составах, содержащих наиболее эффективные ГП glemum 30 и теШих 2651 в сочетании с МК+БС, возможно повышение модуля упругости бетона на 4 - 13%. Такое повышение модуля не требует пересмотра расчетов конструкций, запроектированных по СНиП, СП по деформациям.
