Модификация структура и свойств бетонных смесей и бетонов в условиях сухого жаркого климата с помощью химических добавок - Исследование свойств бетонных смесей и бетонов на основе тонкомолотых вяжущих в условиях сухого жаркого климата

Жаркая сухая погода вносит серьезные осложнения в технологию бетонных работ, вызывая увеличение водоподребности бетонной смеси при повышении ее температуры; быструю потерю подвижности смеси в процессии ее транспортировки или выдерживания до укладки; интенсивное обезвоживание свежеуложенного бетона; большую пластическую усадки бетона; значительно растрескивание твердеющего бетона; трудности в регулировании содержания вовлеченного воздуха в бетонных смесях, имеющих различную температуру; формирование неравномерного температурного поля в конструкциях под действием солнечной радиации; усложнение условий производства бетонных работ, повышение в ряде случаев их стоимости и другие негативные последствия.

Свежеуложенная бетонная смесь наиболее уязвима при воздействии неблагоприятных факторов сухого и жаркого климата и ухудшение ее структуры при этом воздействии может значительно отразиться на конечных свойствах бетона, особенно его долговечности. Вот почему необходимо уделять особое внимание к бетонной смеси при разработке технологии бетона в условиях сухого жаркого климата.

Наиболее важным свойством бетонной смеси является удобоук-ладываемость или формуемость, т. е. способность смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность.

Поведение бетонной смеси в различных условиях определяют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Для определения этих свойств меняют вискозиметры.

Особенность бетонной смеси состоит в постоянном изменении ее свойств от начала приготовления до затвердевания, что обусловливается сложными физико-химическими процессами, протекающими в бетонной смеси и бетоне.

Основное влияние на эти свойства будет оказывать количество и качество цементного теста, так как именно цементное тесто, являясь дисперсной системой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой жидкой фаз, что способствует развитию сил молекулярного сцепления связности системы.

Миронов С. А. и Малинский Е. Н. отмечают, что при работах в условиях сухого жаркого климата повышение температуры бетонной смеси на 10?С увеличивает водосодержащие смеси в среднем на 5-7%. Существенной значение имеет продолжительность периода между приготовлением и укладкой бетонной смеси. Увеличение продолжительности ведет к повышению водопотребности смеси.

Исследованиям Крылова Б. А., Лукичева Р. А. установлено, что предварительный электроразогрев бетонной смеси приводит к увеличению водосодержания смеси на 5-6% на каждые 10?С.

В результате получение подвижных и удобоукладываемых смесей в условиях сухого жаркого климата затрудняется и поэтому целесообразно введение в состав бетонной смеси поверхностно-активных веществ, способствующих понижению пластической вязкости цементного теста и повышению удобоукладываемости бетонной смеси при ее постоянном водосодержании /60/.

С помощью пластифицирующих добавок можно избежать увеличение водопотребности бетонной смеси при повышеной температуры без перерасхода цемента, уменьшить или предотвратить появление трещин вследствие бетона, повысить трещиностойкость изделий при влажностной усадке и улучшить, таким образом, качество бетонных изделий и конструкций.

Перед выбором вида добавок и назначения их оптимального содержания в бетоне устанавливается их эффективность в зависимости от поставленной задачи по следующим признакам:

- по степени пластификации при неизменной В/Ц или по проценту снижения расхода воды и цемента в бетоне при сохранении заданной подвижности бетонной смеси в момент укладки и обеспечении при этом требуемой прочности бетона в различные сроки твердения; - по увеличению продолжительности сохранения требуемой подвижности бетонной смеси; - по сокращению продолжительности ухода за твердеющим бетоном.

По своей химической природе большинство пластификаторов является поверхностно-активными веществами (ПАВ), многие из них получают переработкой и модификацией вторичных продуктов и отходов химической промышленности /13/. Молекулы ПАВ имеют сложное строение и, как правило, включают гидрофильные группы и гидрофобные углеводородные радикалы. Характер воздействия ПАВ на бетонную смесь определяется строением их молекулы и соотношение гидрофильных гидрофобных частей молекулы ПАВ.

Батраков В. Г. /16/ использовал для оценки воздействия ПАВ на бетонную смесь понятие об гидрофильно-липофильном балансе (ГЛБ) которой определяется по виду дисперсии вещества в воде. При ГЛБ=1....4 вещество не диспергируется и имеет явно выраженные гидрофобные свойства, при ГЛБ= 9-12 вещество хорошо диспергируется и имеет хорошие гидрофильные свойства, при ГЛБ 13 получается прозрачный раствор. ПАВ адсорбируются на поверхности твердой фазы бетонной смеси и участвуют в образовании пространственных коагуляционных структур, изменяя тем самым реологические и технологические свойства бетонной смеси.

В условиях сухого и жаркого климата эффективно применение как пластифицирующих гидрофильных, так и гидрофобных добавок. Если первые особо эффективны при воздействии на бетонную смесь, то вторые способствуют улучшению первоначального структурообразования бетона, уменьшая водопотери и миграцию влаги.

Из пластификаторов большое распространение получила сульфатно-дрожжевая бражка и ее различные модификации. В Средней Азии применяют местные пластификаторы из отходов химической промышленности: ВРП, П-20 и другие. В последние годы особое место в модификации свойств бетонной смеси заняли суперпластификаторы и комплексные добавки на них основе. Суперпластификаторы в большинстве случаев представляют собой анионактивные органические вещества коллоидного размера (молекулярная масса > 200000) с большим количеством полярных групп в цели. Адсорбируясь на поверхности твердой фазы бетонной смеси суперпластификаторы создают утолщенную оболочку со значительным отрицательным потенциалом и тем самым повышает эффект диспергации и отталкивания частиц цемента и подвижимости бетонной смеси. Для обеспечения хорошего взаимодействия с поверхностью твердой фазы требуется интенсивное перемешивание или предварительное перемешивание цемента или бетонной смеси в присутствии добавок.

Как показывают исследования эффективности различных суперпластификаторов отечественного производства и полученных в ФРГ, США, Япония, Болгарии, при дозировке 1% добавки для получения равно подвижных бетонных смесей (при постоянном расходе цемента), расход воды снижается от 24% до 27%. Высокой эффективностью в условиях сухого и жаркого климата обладает добавка.

В СНГ наибольшее распространение получил суперпластификатор С-3 и комплексные добавки на его основе. Высокой эффективностью в условиях сухого жаркого климата обладает добавка 11-20 /59/, которая помимо повышения подвижности бетонной смеси способствует ускорению гидратации цемента в начальные сроки твердения.

Поскольку бетонные смеси с суперпластификаторами быстро теряют свою подвижность, особенно при повышенных температурах, целесообразно вводить одновременно в бетонную смесь замедлители гидратации цемента, например, СДБ. Можно также в условиях сухого жаркого климата использовать повышенные дозировки суперпластификаторов, что обеспечивает в ряде случаев двойной эффект: повышение подвижности бетонной смеси и увеличение ее жизнеспособности. Эти приемы были использованы Баженовым Ю. М. при бетонировании объектов атомной электростанции на Кубе.

Введение суперпластификаторов с оставшейся частью воды затворения после кратковременного перемешивания цемента или бетонной смеси с частью воды, когда в системе начинаются реакции гидратации и образование этрингита, повышает также пластифицирующий их эффект.

При формовании изделий следует учитывать, что цементное тесто, растворная и бетонная смеси с пластифицирующими и комплексными добавками при пониженном водосодержании, обладая одинаковой подвижностью со смесями без добавок, характеризуются лучшей удобоукладываемостью, что справедливо в широком диапазоне значений подвижности и водоцементных отношений.

Исследователями установлено, что резкое возрастание жесткости цементного теста, как с химическими добавками, так и не содержащего их, происходит при водоцементных отношениях меньших показателя его нормальной густоты. Поэтому наиболее качественно, с меньшими энергетическими затратами должны уплотняться растворные и бетонные смеси, у которых истинное значение В/Ц больше его нормальной густоты. При введении пластифицирующих и комплексных добавок удается сдвинуть границу качественного уплотнения в область более низкий значений В/Ц.

При применении бетонных смесей, высокой подвижности необходимо использовать формы, имеющие большую герметичность, чтобы избежать вытекания цементного молока.

При внесении тех или иных коррективов в технологии бетона необходимо одновременно учитывать и влияние сухого жаркого климата. Это требует, наряду с расширением наших знаний о роли пластифицирующих добавок и суперпластификаторов в этих условиях, применение новых методов испытаний, которые позволяют более всесторонне и точно оценить влияние добавок на свойства бетонной смеси и первоначальное структурообразование. Необходимость учета многих факторов требует применения математических методов планирования эксперимента и, обработки его результатов. Применение компьтсеров позволяет успешно использовать получаемые зависимости для управления производством и качеством бетона.

Вместе с тем, многофакторность, характерная для технологии бетона с химическими добавками в условиях сухого жаркого климата, требует поиска обобщенных критериев для оценки свойств бетонной смеси, бетона и используемых материалов. В этих условиях структурные характеристики: объемная концентрация цементного теста в бетонной смеси и его истинное В/Ц, складывающаяся к концу периода формирования структуры, т. е. в момент перехода бетонной смеси в бетон, являются сравнительно надежными аргументами для прогнозирования свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона.

Эти характеристики позволяют более точно определить сроки схватывания бетонной смеси, пластифицирующий эффект добавок, пределы составов, обеспечивающие нерасслаиваемость бетонной смеси и решить ряд других технологических задач.

В бетоне с малым расходом цемента при введении воздухововлекающих добавок способы приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси должны обеспечивать оптимальное содержание воздуха в свежеуложенном бетоне.

В бетоне выделяют три структурных элемента: цементный камень, заполнитель и контактный слой между ними.

Цементный камен, являющийся минеральным клеем, скрепляющим зерна заполнителя, должен обладать достаточной собственной прочностью и хорошо сцепляться с зернами заполнителя.

Заполнитель, связывая часть воды затворения, влияет на реологические и технологические свойства бетонной смеси, а следовательно на технологию формирования и структуру бетона. Кроме того, в процессе твердения бетона вода, смачивающая зерна заполнителей, участвует как в перераспределении пористости цементного камея в бетоне, так и в создании пористости контактной зоны между камнем и заполнителем.

Бетонные смеси с пластифицирующими добавками обладают пониженной водопотробностью и нерасслаиваемостью, что особенно важно при использовании заполнителей с повышенной водопотребностью. Рациональное использование в пластифицированных бетонных смесях заполнителей различных видов позволяет расширить их сырьевую базу, экономно расходовать цемент и повысить качество и долговечность железобетонных конструкций.

Независимо от вида применяемой химической добавки прочность бетона при постоянном начальном водосодержании возрастает с уменьшением В/Ц, а при постоянном водоцементном отношении - с уменьшением начального водосодержания. При выдерживании под полимерными пленками в условиях активной физико-химические процессы в твердеющем бетоне, в том числе с пластифицирующими добавками, происходят в первые трое суток.

Химические добавки, способствуя модификации микроструктуры цементного камня и формированию начальной структуры раствора и бетона с различным содержанием воздуха и плотности, должны привести и к изменению их пористости. Наравне с этим, к изменению пористости также приводят и иные приемы технологического воздействия: различные температурно-влажностные условия и длительность твердения, а также начальное водосодержание смеси. Правильная организация технологии бетона с учетом условий сухого жаркого климата должна учитывать особенности формирования первоначальной структуры бетона и ее дальнейшее упрочнение в этих условиях.

Для этого необходимо знать зависимость тех или иных свойств от различных технологических и климатических факторов. Многие из этих зависимостей нуждаются в уточнении с учетом новых материалов и методов испытаний.

Похожие статьи