Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Перспектива применения высокопрочных бетонов в современном строительстве 9
1.1.1 Классификация. Понятие высокопрочного бетона (HSC) 9
1.1.2 Исторический обзор применения высокопрочного бетона 12
1.1.3 Эффективность применения высокопрочных бетонов 14
1.1.4 Основные принципы получения высокопрочных бетонов 16
1.1.5 Проблемы: собственные деформации - контракционная усадка и раннее трещинообразование 19
1.2 Перспективы применения быстротвердеющих бетонов (HSRC) 28
1.2.1 Классификация высокопрочных быстротвердеющих бетонов 28
1.2.2 Исторический обзор получения быстротвердеющего бетона 31
1.2.3 Эффективность применения быстротвердеющих бетонов 31
1.2.4 Эффективность суперпластификаторов и ускорителей 32
1.3 Цели и задачи исследования 35
ГЛАВА 2 Материалы и методика исследований 37
2.1 Материалы, использованные в экспериментальных исследованиях 37
2.2 Методика экспериментальных исследований 47
2.2.1 Стандартные методы испытаний 48
2.2.2 Нестандартные методики и методики разработанные в настоящей работе 55
ГЛАВА 3 Оценка эффективности суперпластификаторов и ускорителей 76
3.1 Оценка эффективности суперпластификаторов 76
3.1.1 Влияние суперпластификаторов на водопотребность 77
3.1.2 Влияние суперпластификаторов на формирование прочности 78
3.1.3 Влияние суперпластификаторов на деформации усадки 89
3.1.4 Влияние суперпластификаторов на ползучесть и модуль упругости 99
3.2 Оценка эффективности ускорителей 103
3.3 Гидратация портландцемента с добавками в ранний период 111
Выводы 121
ГЛАВА 4 Формирование структуры и свойств высокопрочных быстротвердеющих бетонов 123
4.1 Влияние расширяющей добавки на эффективность ускорителей и суперпластификаторов 123
4.2 Комплексная добавка для высокопрочного быстротвердеющего бетона... 129
4.3 Гидратация портландцемента с комплексной добавкой 132
4.4 Кинетика твердения цементного теста в ранний период 137
4.5 Влияние расширяющей добавки на деформации бетона 143
4.6. Кинетика твердения бетона с комплексной добавкой 153
4.7. Влияние комплексной добавки на морозостойкость 158
4.8. Влияние добавок на сульфатостойкость 162
4.9. Возможные химические соединения при введении комплексной добавки 165
Выводы 167
ГЛАВА 5 Основные показатели качества высокопрочных быстротвердеющих бетонов 168
5.1 Общая зависимость нарастания прочности во времени 168
5.2 Модуль упругости высокопрочного быстротвердеющего бетона 183
5.3 Усадка высокопрочного быстротвердеющего бетона 190
5.4 Ползучесть высокопрочного быстротвердеющего бетона 192
Выводы 194
Общие выводы 196
Список литературы 199
Приложение 214
- Классификация. Понятие высокопрочного бетона (HSC)
- Материалы, использованные в экспериментальных исследованиях
- Влияние суперпластификаторов на формирование прочности
- Влияние расширяющей добавки на эффективность ускорителей и суперпластификаторов
Введение к работе
Для повышения технологической обеспеченности современных проектных решений применяются бетоны нового поколения с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами и гарантированными показателями качества, которым отводится важная роль в сложных инженерных сооружениях XXI в. За последние 6 лет в Российской Федерации воз-ведено более 750 тыс.м специальных железобетонных конструкций, из которых: 50 тыс.м - из высокопрочного бетона классов В50 - В60 и выше; 250 тыс.м3 - из бетонов высокой плотности и коррозионной стойкости; 450 тыс.м3 - из бетонов классов В 30- В 45 с решением различных технологических задач. Отличительной особенностью быстротвердеющих высокопрочных бетонов является, как правило, пониженная водопотребность бетонных смесей и, соответственно, низкое значение водовяжущего отношения, что предопределяет повышенную плотность, водонепроницаемость и долговечность таких бетонов. Одним из основных факторов, определяющих долговечность высокопрочных и высококачественных бетонов, являются их собственные деформации. Бетоны с компенсированной усадкой применяются для обеспечения усадочной и технологической трещиностоикости изделий, а также для обеспечения высокой водо-, газонепроницаемости и морозостойкости. Проблема получения высокопрочных быстротвердеющих бетонов может быть решена модифицированием его структуры комплексными добавками различного функционального назначения. Много-компонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять струк-турообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с требуемыми свойствами. Для практической реализации поставленной задачи целесообразно использование комплексного модификатора, регулирующего технологические свойства бетонной смеси, темп твердения и собственные деформации бетона. В качестве рабочей гипотезы выдвигается положение о том, что использование эффективного применительно к отечественным портландцементам суперпластификатора в сочетании с эффективным ускорителем твердения и расширяющей добавкой сульфоалюминат-ного типа для регулирования собственных деформаций и темпа твердения бетона, позволит получить высокопрочный быстротвердеющий бетон на основе выпускаемых промышленностью портландцементах, свойства которого в принципе должны соответствовать общим для портландцемент-ных бетонов закономерностям «состав - структура - свойства».
Цель и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является развитие научных представлений о формировании структуры и взаимосвязи свойств многокомпонентного быстротвердеющего высокопрочного бетона с регулируемыми собственными деформациями на основе портландцемента и комплексного модификатора.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить влияние суперпластификаторов на различной химической основе, вида цемента и условий твердения на формирование прочности и деформативность портландцементных композиций и определить целесообразный для комплексного модификатора суперпластификатор;
- исследовать влияние ускорителей в сочетании эффективным суперпластификатором на формирование прочности цементного камня в ранний и последующий периоды твердения и выбрать эффективный ускоритель твердения; - изучить влияние расширяющей добавки (РД) сульфоалюминат-ного типа на развитие собственных деформаций и процессы формирования прочности модифицированных суперпластификаторами и ускорителями вяжущих;
- исследовать влияние комплексной добавки «суперпластифика-тор+ускоритель+РД» на технологические свойства бетонных смесей;
- выявить основные закономерности «состав-структура-свойства» быстротвердеющего высокопрочного бетона с компенсированной усадкой и получить основные зависимости между прочностными и деформативными показателями качества бетонов.
Научная новизна работы заключается:
-в сформулированных на основе выявленных общих закономерностях «состав-структура-свойства» принципах получения быстро и особо-быстротвердеющего высокопрочного портландцементного бетона с частично компенсированной контракционной и влажностной усадкой;
-в обосновании классификации бетонов по скорости набора прочности на «быстротвердеющий» и «особобыстротвердеющий»;
-в развитии научных представлений о формировании структуры и свойств бетонов на основе расширяющегося цемента при низких значениях В/Ц и различных темпах набора прочности с целью управления собственными деформациями;
-в установленных и представленных в аналитическом виде общих зависимостях между основными свойствами быстро и особобыстротвер-деющего высокопрочного бетона.
Практическая значимость работы заключается
- в разработанных принципы получения и предложенных составах быстро и особотвердеющих высокопрочных бетонов с регулируемыми собственными деформациями на рядовых портландцементах; - в разработанном комплексном модификаторе, включающем суперпластификатор, ускоритель твердения, глиноземистый цемент и гипсовый камень;
- в установленных количественных значениях предела призменной прочности, предела прочности при растяжении, начального модуля упругости и параметров диаграммы «напряжения-деформации», величин характеристики ползучести, деформаций контракционной и влажностной усадки, позволяющих расширить нормативную базу для проектирования железобетонных конструкций из высокопрочных быстро и особобыстротвер-деющих бетонов;
- в оценке влияния разработанного комплексного модификатора на морозо- и сульфатостойкость бетонов.
Реализация результатов. Разработанные рецептуры и методики используются ООО «Технология и материалы», г. Ростов - на - Дону, при производстве специальных сухих строительных смесей марки ТиМ 07 и ТиМ 09.
Работа выполнялась в рамках НТП «Архитектура и строительство» Министерства образования и науки РФ, госбюджетная тема «Критические технологии производства бетонных работ в экстремальных условиях», шифр 04.01.360 2002-2004 г.
Достоверность исследований обеспечена:
— использованием 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 работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях: «Строительство» (Ростов-на-Дону, 2002 - 2006 гг.), «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону 2004, 2006 гг.), Всероссийских научно-технических конференциях: «Наука, техника и технология XXI века» (г. Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет, 2003, 2005 гг.), Международных научных семинарах: XV Russian-Slovak-Polish Seminar «Theoretical Foundation of Civil Engineering (Moscow; Rostov-on-Don; Warszawa, 2006)».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ общим объемом 1,18 п.л., в том числе 10 - без соавторов, 1 - в рецензируемом издании.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из ведения, 5 глав, основных выводов, списка используемой литературы из 163 наименования, изложена на 216 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков, 33 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность ООО «Технология и материалы», лично главному инженеру-технологу А.В. Жукову за оказанную помощь в исследованиях ползучести и предоставлении материалов для проведения экспериментальных исследований.
Работа выполнена под руководством доктора технических наук, профессора Несветаева Г.В.
Классификация. Понятие высокопрочного бетона (HSC)
Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко в глубь веков. Очевидно лишь то, что он не возник таким, каким мы его знаем, а, как большинство строительных материалов, прошел длинный путь развития. Наиболее ранний бетон, обнаруженный археологами, можно отнести к 5600 г. до н.э. [157, 159, 161]. Он был найден на берегу Дуная в поселке Лапински Вир (Югославия) в одной из хижин древнего поселения каменного века, где из него был сделан пол толщиной 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести.
Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице Тебесе (Теве) датируется 1950 г. до н.э. Бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта и монолитного свода пирамиды Нима задолго до н.э. [158].
Изобретателями бетона по праву считаются римляне. Они применяли своеобразный вид бетона - монолитную каменную кладку, совмещая в одном процессе приготовление и кладку бетона. Вот как выглядел этот процесс: между двумя облицовочными стенами укладывали очень толстый (до 15 см.) слой раствора, состоявшего из извести и крупного песка. Поверх него разбрасывали лопатой каменный щебень, измельченный так, чтобы камень мог пройти через 8-сантиметровое кольцо. Смешивание каменного щебня с раствором было слишком трудоемким процессом, и римляне в данном случае, вместо того чтобы смешивать материалы заранее, детали это на месте. Бетонные своды и арки - вершина строительного искусства римлян.
Шло время, менялись материалы. Вот, например, сегодня и в ближайшее будущее в России значительная часть строительных работ будет связана с ремонтом, восстановлением, реконструкцией и реставрацией возведенных ранее объектов. Кроме того, возрастает потребность в технологических решениях, обеспечивающих ввод конструкций в эксплуатацию в чрезвычайно сжатые сроки. Подобные задачи связаны, например, с транспортным или энергетическим строительством, а также могут возникать при нештатных ситуациях на некоторых производственных объектах (шахтное строительство, тоннели и т.п), а также в случаях, связанных с ликвидацией последствий стихийных бедствий (землетрясения, наводнения, оползни и т.п.), техногенных катастроф или чрезвычайных ситуаций при проведении спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ (СНАВР). При указанных условиях необходимо применение технологий, обеспечивающих быстрый набор прочности бетоном, причем речь идет о достижении нормативных значений в сроки, измеряемые часами, а не сутками, как это традиционно оценивается в технологии быстротвер-деющих бетонов.
Технология получения высокопрочных бетонов основана на принципиально новых решениях в области производства архитектурного бетона методом вибролитья. Применение нового, не имеющего аналогов, формующего оборудования, позволяет получить изделие с выдающимися фи-зико - механическими показателями. Поверхность отливки отличается высоким глянцем и совершенной плотностью. Но особо стоит отметить то, что независимо от габаритов и площади отливаемого элемента, можно получать цветовую гамму разной сложности, имитируя, таким образом, поверхность любого искусственного или природного материала, от пластика до сложного узора малахита.
На сегодняшний день предлагаемая продукция имеет высокие физи-ко - механические характеристики, сочетающие высокие показатели прочностных свойств (предел прочности на сжатие около 120 МПа), темпов твердения с требуемыми показателями строительно - технических свойств, в том числе: водонепроницаемость W 16 и выше; морозостойкость F 700 и выше; истираемость не более 0,2-0,3 г/см ; водопоглощение 0,5-1 % , высокая сопротивляемость проникновению хлоридов, высокая газонепрони 12 цаемость; регулируемые показатели деформативности (в том числе компенсация усадки бетона в возрасте 14-28 суток естественного твердения).
Какой материал можно по праву назвать королем строительных материалов нашего времени? Оглянитесь вокруг, и вы увидите, что большинство домов в современном городе сделано из бетона. И не только дома: мосты и тоннели, порты и плотины, дороги и подземные переходы, атомные электростанции и стартовые площадки для ракет - все они изготовлены из этого удивительного материала.
Бетон уже "пробовал" себя в таких, казалось бы, далеких от капитального строительства отраслях, как авиация, судостроение и железнодорожный транспорт. В первой половине нашего столетия из железобетона было построено много речных, морских судов и дебаркадеров. В экспериментальном порядке изготавливались крылья и фюзеляжи самолетов, железнодорожные вагоны и рамы цистерн, батискафы и моторные лодки. До сих пор не утихают споры вокруг проекта железобетонного моста длиной 85 км через Берингов пролив, который соединил бы Чукотский полуостров с Аляской. В 1984 году в США выдвинут оригинальный проект сооружения на Луне поселений из бетона. С этой целью на лунной орбите предполагалось создать космический комплекс - бетонный завод с системой специализированных складов. Доставку необходимых материалов для изготовления бетона должны были осуществлять специализированные транспортные корабли, стартующие с Земли и Луны. Дозирование и перемешивание производится на орбитальном бетонном заводе. При этом для создания силы тяжести на орбитальной станции весь комплекс планируется вращать при помощи двух небольших ракет, а внутри станции поддерживать необходимое атмосферное давление. Разработки американских инженеров показали, что сегодня есть все реальные условия для сооружения железобетонного небоскреба высотой в 1,6 км. В Китае - 2 км
Как видно, строительство из бетона и железобетона приобрело такой огромный размах, что 20 век по праву называют "золотым веком" бетона. Трудно предугадать судьбу бетона и железобетона через пятьдесят лет. Возможно, их потеснят новые виды металлов, углепластики, стеклокри-сталлические или керамические материалы. А пока можно с уверенностью сказать, что в ближайшие десятилетия бетон и железобетон останутся в капитальном строительстве на одном из первых мест среди конструкционных строительных материалов.
За последние 20 лет в России и во многих странах мира появилось новое поколение бетонов, известных под названием High Performance Concrete (НРС) - бетоны высокого качества, высокопрочные бетоны. Эти бетоны отличаются высокой прочностью на растяжение при изгибе и при сжатии, морозостойкостью в солях, трещиностойкостью, самоуплотнением, ранним набором прочности.
Получение высокопрочных бетонов возможно при использовании стандартных материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. Высоких показателей материала можно достичь снижением водоцементно-го отношения (не выше 0,35) и введением добавок полифункционального действия.
Материалы, использованные в экспериментальных исследованиях
К материалам, используемым для приготовления высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетона нужной прочности при максимально возможной экономии цемента.
В соответствии с поставленной в диссертационной работе целью, для проведения экспериментальных работ выбирались материалы, легкодоступные на территории Ростовской области. Портландцемент Для приготовления высокопрочных быстротвердеющих бетонов использовались портландцементы различных заводов - производителей: ОАО «Ново-росцемент» завод «Пролетарий» ПЦ 600 ДО, завод «Октябрь» ПЦ 500 Д 20 и ООО «Осколцемент» ПЦ 500 ДО, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178, а также ГОСТ 31108-2003. В таблице 2.1 и в таблице 2.2 представлен химический состав и характеристики цементов. Расширяющие добавки В качестве расширяющей добавки, компенсирующей усадку, а так же в качестве ускорителя твердения использовали смешанное вяжущее на основе сульфоалюминатных составляющих: глиноземистого цемента ГЦ 50 ЗАО «Па-шийский металлургический цементный завод» по ГОСТ 969-91, (содержание AI2O3 - 37,17%), SO3 -0,55%, тонкость помола Syfl 2900 см2/г) и природного гипсового камня, соответствующего ГОСТ 4013 -82. Соотношение между компонентами подбиралось экспериментально (состав и дозировка по методике РГСУ из расчета на содержание в цементе S03.). Также в качестве глиноземистого цемента использовался цемент Isidac 40 производства CimSA, Турция. Расширяющие добавки тщательно перемешивались с цементом. Кроме того, в экспериментах использовали добавку - Denka SCA (производство Япония), которая применяется для снижения усадочных трещин, повышения объема, снижения теплоты гидратации. Химический состав Denka SCA приведен в таблице 2.3. В качестве мелкого заполнителя использовался песок для строительных работ (природный обогащенный) карьер Малкинский песчано-гравийный, 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. В таблице 2.4 приведены основные свойства песка. Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение круп 40 ной и мелкой фракций песка выбраны в пределах: крупной - 20 - 50% и мелкой - 80 - 50 по массе. Поставщик - ООО «ТиМ» (г.Ростов-на-Дону). В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень Павловского карьера фракций 5-Ю и 10-20 в количестве соответственно 40% и 60% по массе, соответствующий ГОСТ 8267. Насыпная плотность- 1331 кг/м3 Суперпластификаторы Сегодня в технологии бетона применяются супер и гиперпластификаторы (в дальнейшем - СП) на различной химической основе (ГОСТ 24211). Прак тически все они представлены на отечественном рынке добавок. В качестве разжижителей в работе использовались как отечественные пластификаторы, так и импортные, свойства некоторых из них приведены в таблице 2.5 Суперпластификатор СП - 1 или (С-3) - разработка российских специалистов НИИЖБа. Является аналогом зарубежных пластификаторов, не уступая им по качеству. Соответствует ТУ 6-36-0204229-625. В настоящее время производится фирмой «Полипласт» (г Новомосковск) - называется Полипласт СП -1. И второй завод изготовитель находится в г. Владимир ЗЖБИ - добавка С-3. Добавка СП -1 (С-3) в количестве 0,2 - 0,7% от массы цемента позволяет получать литые самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения - бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба эти эффекта частично, т. е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличивать прочность бетона за счет снижения расхода воды. В процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Разрешен Минздравом РФ для использования в железобетонных конструкциях. Суперпластификатор СП -1 (С-3) - жидкость темно-коричневого цвета или светло-коричневый порошок, легко растворимый в воде. В сухом виде упакован в мешки по 25 кг, в жидком - в пластиковые бутылки, емкостью 0,5 литра (содержание сухого вещества 100; 300 г), рассчитанных на 50 кг цемента каждая. Смесь нейтрализованных едким натром полимерных соединений разной относительной молекулярной массы, получаемых при конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом и технических лингосульфонатов. Поставляется в виде порошка светло-коричневого цвета, а также жидкости коричневого цвета, в которой допускается осадок. Характерисика продукта: 1. Массовая доля компонентов, % а) активного вещества в пересчете на сухой продукт, не менее 69 б) золы в пересчете на сухой продукт, %, не более 38 в) воды, %, не более Ю(сухой), 68(жидкий) 2. Показатель активности водородных ионов (рН) водного раствора с массовой долей 2,5% от 7,0 до 9,0 Требования безопасности: Пластификатор СП-1 жидкий пожаровзрывобезопасен. СП-1 сухой - горючее вещество, температура тления 165 С. Пылевоздушная смесь не взрывоопасна, не воспламеняется до массовой концентрации 500 г/куб.м. ЗАО «Еврохим-1» предлагает СП производства немецкой фирмы «SKW Polymers» для различных строительных смесей: Melment F 10 - универсальней суперпластификатор и разжижитель для сухих строительных смесей на основе цемента и гипса и других строительных материалов;
Влияние суперпластификаторов на формирование прочности
Следует акцентировать внимание на требовании к бетону, предъявляемое по деформациям. Деформации бетона можно разделить на собственные деформации - усадку и расширение, возникающие под действием физико-химических процессов, протекающих в бетоне; деформации от действия нагрузки; температурные деформации.
Усадка цемента негативно влияет на долговечность изделий, т.е. на их способность сохранять необходимый уровень свойств длительное время в процессе эксплуатации. Общая величина деформаций усадки складывается из влажностной, контракционной и карбонизационной деформации [2, 3, 24, 36, 67,94].
Влажностная усадка вызывается изменением распределения, перемещением и испарением влаги в образовавшемся скелете цементного камня. Контракционная усадка вызывается тем, что объем новообразований цементного камня меньше объема, занимаемого веществами, вступающими в реакцию. Эта усадка развивается в период протекания химических реакций между цементом и водой и не столько изменяет внешние размеры образца, сколько способствует изменениям в поровой структуре материала: уменьшается объем пор, занимаемых водой, возникают воздушные поры. Карбонизационная усадка вызывается карбонизацией гидрата окиси кальция и развивается постепенно с поверхности бетона в глубину. Нас интересует собственные деформации в ранний период, для этого рассмотрим влажностную и контракционную усадку. Наибольшую усадку дает чистый цементный камень. Рассмотрим зависимость вида цемента на усадку в течение 7 дней. На рисунке 3.1.8 приведены данные о развитии собственных деформаций цементного камня в течение первых 7 суток. Из графика видно, что все эти цементы ведут себя примерно одинаково. Усадка возрастает с возрастом и в возрасте 7 суток максимальный предел деформации у цемента «Пролетарий» составляет - 1 мм/м, а у цемента «Осколце-мент » - 0,78мм/м, что удовлетворяет требованиям. Применение су пер пластификаторов в технологии высокопрочных бетонов неизбежно требует ответа на вопрос о влиянии су пер пластификаторов на деформации усадки цементного камня и бетонов. В литературе встречаются достаточно противоречивые данные о влиянии суперпластификаторов на усадочные деформации [67, 72, 79, 91, 110, 143]. Причина противоречий связана со сложностью изучения этого явления. Как известно, величина усадочных деформаций снижается линейно при понижении величины В/Ц [3, 24, 66, 95, 105, 111], поэтому применение суперпластификаторов, обеспечивающее понижение величины В/Ц, должно приводить к снижению величины усадочных деформаций. Но, например суперпластификатор СП-1 может оказывать негативное влияние на формирование структуры и свойств цементного камня, в частности приводить к возрастанию величины усадочных деформации. Поэтому исследования по оценке эффективности различных суперпластификаторов необходимо проводить с использованием методик [61, 111, 120, 121, 123, 153] позволяющих учитывать влияние всех вышеуказанных факторов.
На рисунках 3.1.9 - 3.1.11 показано влияние различных суперпластификаторов на деформации различных видов цементного камня.
По предложенной методике произведено сравнение эффективности широкой номенклатуры пластификаторов и суперпластификаторов. Использованы цементы заводов «Осколцемент», «Новоросцемент», «Октябрь». Дозировка добавок составляла от 0,2 до 0,8% массы цемента, в/ц = 0,18 - 0,4. Некоторые результаты представлены в таблице 3.2.
Из приведенных рисунков видно, что практически все изучаемые добавки суперпластификаторы негативно влияют и на усадочные деформации цементного камня. Суперпластификаторы melflux, представленные производителем как компенсирующие усадку, действительно обеспечивают снижение усадочных деформаций, хотя величина снижения зависит от типа цемента. Влияние суперпластификаторов на величину усадочных деформаций проявляется на ранней стадии твердения. Добавка melment практически не влияет на кинетику усадочных процессов. Остальные добавки интенсифицируют процесс развития усадочных деформаций при высокой влажности образцов, т.е. интенсифицируют развитие химической усадки в ранние сроки твердения, что неблагоприятно для трещиностойкости конструкций в раннем возрасте [22, 77, 99, 100, 101, 104]. На основании полученных результатов эксперимента и анализа данных можно сделать общее заключение, что различные суперпластификаторы по-разному влияют на водопотребность цемента, его прочность и деформации.
Влияние расширяющей добавки на эффективность ускорителей и суперпластификаторов
В цементном камне, растворе и бетоне, начиная с момента схватывания и, особенно в процессе твердения возникают деформации элементов структуры, которые приводят к формированию поля собственных напряжений. Прежде всего, это связано с гидратацией клинкерных минералов и образованием комплексных соединений, абсорбцией и десорбцией воды, температурными деформациями, фазовыми превращениями: процессы растворения, кристаллизация солей [21, 68, 83,131, 132,133, 138].
Бетоны и растворы на портландцементах при твердении в воздушной среде претерпевают усадочные деформации, которые приводят к повышению внутриструктурных напряжений, а при определенных условиях и образованию микротрещин. Для регулирования собственных деформаций целесообразно использовать в бетонах расширяющие добавки (РД), которые также способны повышать прочностные характеристики и упруго-пластические свойства бетонов [96, 97, 104, 105, 113]. Дальнейшие исследования направлены на оценку влияния вида и количества расширяющей добавки на свойства бетонной смеси и бетонов, а также при взаимодействии с другими добавками.
В последние 20-30 лет применяют три типа добавок, на основе сульфоа-люмината кальция, сульфоферрита кальция и оксида кальция, которые предотвращают изменение объема из-за усадки [90, 96, 98, 111, 138]. Механизм расширения связан с образованием эттрингита. При взаимодействии с водой добавка повышает количество химически связанной воды и обеспечивает формирование игольчатых кристаллов эттрингита, снижая риск образования раковин. Результатом является снижение сухой усадки, повышение долговечности и снижение водопроницаемости, а так же инициирует напряжение при сжатии в структуре бетона при сдерживании расширения, повышает стойкость к водо-поглащению. Расширение наряду с увеличением прочности вызывает сжимающие усилия в бетоне, уменьшающие растягивающие напряжения, связанные с усадкой от высыхания [118, 125]. Поэтому как трещинообразование, так и усадка при высыхании уменьшаются. При использовании РД наибольшее расширение наблюдается на очень ранней стадии при влажной выдержке [103, 139, 140]. При выдержке с более низкой относительной влажностью, при воздушной выдержке, со временем происходит постепенное снижение расширения
В качестве расширяющей добавки, на ранней стадии экспериментов, применяли японскую добавку DENKA. На рисунке 4.4.1 приведен пример использования расширяющей добавки «Денка» - 12% от массы цемента, производитель не рекомендует использовать в сочетании с другими добавками. В результате возникших напряжений - расширения образцы разрушились в возрасте 21 сутки.
В дальнейших экспериментах, японскую добавку не использовали, а применяли расширяющею добавку на основе сульфоалюмината (состоящей из глиноземистого цемента и гипса).
На свойства цемента с расширяющими добавками влияют: количество добавки (процентное отношение глиноземистого компонента и гипса), тонкость помола, минералогический состав портландцементного клинкера. Решающим фактором признается содержание С3А в клинкере и количество гипса и цемента [106-108,129,150].
При выборе состава бетона варьировал содержание расширяющей добавки от 0 до 25%. Соотношение между глиноземистым цементом и двуводным гипсом, в соответствии с [13, 14, 66, 67, 82, 90, 96, 123, 109, 113, 132], было принято примерно 2:1. Для сравнительной оценки механических свойств были изготовлены образцы - балочки (4x4x16 см) из цементно - песчаного раствора состава 1:1 при в/ц=0,32. Образцы твердели 28 суток в воде, после чего были испытаны на изгиб и сжатие. Результаты приведены на рисунке 4.1.2
На основании полученных данных были выбраны составы, которые показали максимальную прочность. По результатам исследований был разработан оптимальный вещественный состав добавки. Комплексом физико-химических исследований фазового состава продуктов гидратации вяжущего с расширяющей добавкой был определен механизм взаимодействия компонентов, исследованы структура бетона и влияния на ее формирования технологических факторов.
Экспериментальная проверка эффективности влияния расширяющей добавки на цементный камень с суперпластификатором предусматривает сравнительную оценку усадочных деформаций образцов по методике ГОСТ 11052. В качестве критерия эффективности применялась степень снижения усадочных деформаций составов с добавками по сравнению с контрольными образцами [125, 132, 150, 152, 153, 156]. В течение первых суток после изготовления, образцы хранились в нормальных условиях и во влажностных.
