УДК 691.32

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДОБАВОЧНЫХ ЦЕМЕНТОВ С СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРАМИ НА РАЗЛИЧНОЙ ОСНОВЕ В БЕТОННОЙ СМЕСИ

Короткова Анна Александровна
технолог консультант

Аннотация
Данная статья посвящена исследованию взаимодействия цементов с добавками в бетонную смесь. Проведенные испытания позволяют утверждать, что свойства и поведение добавок в бетоне зависит от их исходного состава. На получения тех или иных свойств бетона влияет также наличие минеральных добавок в цементах.

Ключевые слова: бетон, заполнители, минеральные добавки, суперпластификаторы, химические добавки, цемент


INTERACTION OF CEMENT WITH ADMIXTURES AND SUPERPLASTICIZERS OF DIFFERENT BASE GROUPS IN CONCRETE MIX

Korotkova Anna Aleksandrovna
Concrete technologist

Abstract
This article is devoted to the study of the interaction of cements in concrete mix. The tests suggest that the properties and behavior of the additives in the concrete depends on the initial composition. The presence of mineral additives in cement influenced on receipt of certain properties of concrete also.

Keywords: cement, chemical additives, concrete, concrete aggregates, mineral additives, superplasticizers


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Короткова А.А. Взаимодействие добавочных цементов с суперпластификаторами на различной основе в бетонной смеси // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/08/70646 (дата обращения: 19.11.2016).

В настоящее время в производстве бетонов широко используются добавочные цементы, наряду с бездобавочными, при этом их применяют даже при производстве высокопрочных бетонов при условии достаточно плотной упаковки с добавлением мелкодисперсного наполнителя. Также современное бетонное производство для получения качественных бетонных смесей не обладающих расслаиванием или сегрегацией, с высокой вязкостью трудно себе представить без применения химических добавок различного генезиса – ускорителей и замедлителей твердения, воздухововлекающих, противоморозных и самого популярного сегмента рынка – суперпластификаторов, являющихся добавками обширного спектра действия.

В данной статье мы попробуем рассмотреть свойства бетонов, полученных с применением данных материалов в самом распространенном на настоящий момент классе бетона среди строителей – В25, имеющего среднюю прочность на 28 сутки нормального твердения по ГОСТ 26633-91 - 327,4 кгс/см2

Для испытаний были взяты 2 вида цементов – один в составе имеющий вспомогательный компонент в качестве шлака до 5 % и второй с содержанием шлака в качестве активной минеральной добавки до 20 %:

-       ЦЕМ I 42,5 Н;

-       ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н.

Класс бетона В25 является самым распространенным в современном строительстве, применяется для изготовления монолитных фундаментов, свайно-ростверковых ЖБК, плит перекрытий, колонн, ригелей, балок, монолитных стен, чаш бассейнов и иных ответственных конструкций. Используется при высотном монолитном строительстве (30 этажей). Наиболее используемый бетон при производстве ЖБИ. В частности, из этого конструкционного бетона делают аэродромные дорожные плиты ПАГ, предназначенные для эксплуатации в условиях экстремальных нагрузок. Многопустотные плиты перекрытий тоже производятся из этой марки бетона. Производство возможно на гравийном и гранитном щебне [2].

Оба указанных вида цементов возможно использовать для данного класса бетона, имея в виду, что расход цемента в бетоне будет несколько повышаться от цемента класса 42,5 до класса 32,5. Это зависит от активности цемента и процентного содержания в нем различных минеральных добавок. Цементы, имеющие более низкий класс прочности и обладающие вводом различных активных минеральных добавок в своем составе в количестве до 20 %, соответственно, будут иметь немного более повышенный расход в бетонную смесь.

Для испытаний использовались различные виды химических добавок – суперпластификаторы, ускорители и замедлители твердения, противоморозные. Основными полученными показателями были: снижение водопотребности бетонной смеси на 20 – 30 %, значительная экономия цемента, высокая сохраняемость удобоукладываемости бетонной смеси, сокращение времени твердения бетона до распалубки, повышенная прочность на сжатие после ТВО и на 28 сутки нормального твердения.

В качестве заполнителей использовались:

1. Песок карьерный Чаадаевского месторождения Пензенской области, который согласно ГОСТ 8736-93 соответствует II классу, категории мелкий – модуль крупности Мк = 1,99. Гранулометрический состав заполнителя приведен в таблице 1.

Таблица 1. Гранулометрический состав песка

Фракция

Содержание, %

Менее 0,16 мм

0,1

Свыше 5 мм

0,2

Пылевидные и глинистые частицы

1,25

2. Щебень гранитный фракции 5-20 Павловскгранит, марка по дробимости 1200.

3. Химические добавки ведущих российских и зарубежных производителей: Полипласт, Суперпласт, Sika, MC-Bauhemie, Basf.

Расход цемента в среднем для бетона класса В25 составил 400 кг для контрольного состава и 330-410 кг для состава бетона с применением химических добавок. Граничным, разделяющим области применения суперпластификаторов и минеральных добавок можно ориентировочно считать расход цемента порядка 300-350 кг/м3. Обычная практика получения бетонов различной прочности на цементе одной марки (класса), реализуемая при их производстве, приводит к весьма различному содержанию цемента, от 200 до 500 кг/м3 бетона.  И если средние расходы цемента близки к оптимальным, то бетоны как с низкими, так и с высокими его расходами обладают определенными недостатками.

При низком содержании цемента в бетонной смеси имеет место дефицит дисперсных частиц. Она подвержена расслоению, в результате чего, кроме обычной микропористости, в бетоне появляются более крупные седиментационные поры. Кроме того, плотность и прочность в верхнем слое бетона понижается. Введение в такую смесь минеральных добавок позволяет устранить их расслоение, улучшить удобообрабатываемость бетонной смеси и существенно повысить качество бетонов.

При высоком содержании цемента (более 400 кг/м3) растет водопотребность бетонной смеси, что вынуждает для сохранения В/Ц дополнительно увеличивать расход цемента. Это приводит к значительному повышению в таких бетонах объема цементного камня. Особенно существенно возрастает он в двух случаях: при получении высокоподвижных и литых смесей, что требует их высокого водосодержания, и при попытках получить бетон с прочностью, превышающей марку цемента (приходится назначать его расходы, превышающие 500 кг/м3). Эффективность использования цементов при этом снижается, а качество бетона ухудшается. Их твердение сопровождается значительным тепловыделением и возможным образованием термических трещин. При высыхании такие бетоны имеют высокую усадку и большую вероятность возникновения усадочных трещин.

Введение в бетоны с большим содержанием цемента суперпластификаторов позволяет либо существенно сократить расход воды, либо пластифицировать смесь без увеличения ее количества. Расходы цемента и объем цементного камня при этом остаются в разумных пределах [1, с. 3]. Что иллюстрируется всеми проведенными испытаниями цементов с добавками.

Составы бетона класса В25 без добавок и с суперпластификаторами и полученные свойства бетонов и бетонных смесей указаны в таблицах 2 – 5.

Таблица 2. Составы бетонов класса В25 на ЦЕМ I 42,5 Н

№ п/п

Расход, кг на 1 м3 бетонной смеси

В/Ц

Добавка

ОК, см

цемента

песка

щебня

воды

Наименование

% ввода

кг

1

350

680

1100

180

0,51

Sika Viscocrete 571

1.0

3.5

24.5

2

330

670

1170

185

0.59

Sika Viscocrete 20 Gold

0.8

2.64

16

3

370

700

1115

160

0.48

MC- Bauhemie PowerFlow 3196

0.8

3.0

27

4

370

670

1170

165

0.5

MC- Bauhemie Muraplast FK 89

1.4

5.2

13

5

350

850

990

186

0.53

Полипласт ПФМ-НЛК

0,55

1,9

8

6

350

850

990

186

0,53

Полипласт Линамикс СП-180

0,8

2,8

22

Таблица 3. Свойства бетонной смеси и бетона В25 на ЦЕМI 42,5 Н

№ п/п

Сохраняемость, ч

Плотность, кг/м3

Прочность бетонных образцов кубов с ребром 10 см, МПа

Масса, кг

ТВО*

1 сут н.т.

3 сут н.т.

7 сут н.т.

28 сут н.т.

1

3

2360

2341

18

44.4

57.3

2

1

2350

2312

16.3

29.2

39.4

3

2

2370

10.2

27.1

37.1

44.6

4

-

2380

33.2

42.1

54.9

5

-

2420

23,3

26,4

35,3

6

3

2380

2,1

26,1

28,8

* Режим ТВО – 2 часа предварительная выдержка перед пуском пара, 3 часа – равномерный подъем температуры до 60оС, 6 часов – изотермическая выдержка, 4 часа – остывание до комнатной температуры.

Из данных таблиц видно, что каждая из приведенных выше добавок отвечала определенному критерию – повышению сохраняемости, прочности и пр. Хуже всех по сохраняемости для товарных бетонов была добавка MC- Bauhemie PowerFlow 3196, которая относится к модификаторам на основе поликарбоксилатных эфиров. В данном вопросе также нужно обратить особое внимание на крупность используемого песка – чем мельче и водопотребнее песок, тем ниже жизнеспособность смеси. По прочности для товарных бетонов лучшей добавкой оказалась Sika Viscocrete 571, которая при нормальных условиях и получении изначально высокой подвижности дала показатель прочности 135 % от проектного класса уже на 7 сутки. Следует отметить, что добавки производства Sika не совсем подходят по сохраняемости для добавочных цементов, но значительно увеличивают прочность по сравнению с добавками других производителей. На примере Линамикс СП-180 от Полипласта наглядно виден сильный замедляющий эффект добавок, содержащих ЛСТ, вносящих необратимые изменения в реологию смеси – данный бетон не набрал положенных ему 100 % на 28 сутки нормального твердения, при этом стоит учитывать фактор повышенного содержания мелкой фракции песка в бетонной смеси – в данном составе неверно соблюдено В/Т отношение, что отчасти и стало причиной недобора прочности, а также за счет этого обеспечивается повышенный расход воды и завышенное В/Ц отношение, что также оказывает огромное влияние на получение проектного класса прочности.

Для бетонов, подвергающихся тепловой обработке наиболее выигрышно проявил себя Muraplast FK 89 от компании MC- Bauhemie, опять же на основе поликарбоксилатных эфиров – после пропаривания получено уже 100 % проектной прочности, что говорит о возможном снижении расхода цемента в бетонную смесь на 10-15 % от использованного. При неправильно соблюденных пропорциях бетонной смеси неплохие результаты дает добавка ПФМ-НЛК, при достаточно низкой ее дозировке в бетонную смесь, бетон имеет, как выше 70 % после пропаривания на довольно щадящем режиме, так и выше 100 % проектной прочности на 28 сутки последующего нормального твердения.

Стоит отметить, что вышеуказанные добавки на поликарбоксилатной основе по сохраняемости с цементом с содержанием шлака до 20 % работают немного хуже – не более 2 часов, однако ЛСТ- содержащая добавка дала большую сохраняемость при условии ее меньшей дозировки – 0,6 % по сухому веществу в отличии от 0,8 % для ЦЕМ I 42,5 Н. Однако, при этом следует учитывать влияние сильного замедляющего эффекта на прочность – всего 80 % от проектного класса, и внимательно подбирать состав бетонной смеси.

Таблица 4. Составы бетонов класса В25 на ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н

№ п/п

Расход, кг на 1 м3 бетонной смеси

В/Ц

Добавка

ОК, см

цемента

песка

щебня

воды

Наименование

% ввода

кг

1

350

680

1100

180

0,51

Sika Viscocrete 571

1.0

3.5

24.0

2

360

670

1170

185

0.59

Sika Viscocrete 20 Gold

0,8

2.88

16

3

410

670

1115

176

0.48

MC- Bauhemie PowerFlow 3196

0.8

3.3

28

4

410

640

1170

176

0.48

MC- Bauhemie Muraplast FK 89

1.5

6.2

15

5

350

850

990

206

0.59

Полипласт ПФМ-НЛК

0,5

1,75

8

6

350

850

990

241

0,69

Полипласт Линамикс СП-180

0,6

2,1

19

Таблица 5. Свойства бетонной смеси и бетона В25 на ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н

№ п/п

Сохраняемость, ч

Плотность, кг/м3

Прочность бетонных образцов кубов с ребром 10 см, МПа

Масса, кг

ТВО

1 сут н.т.

3 сут н.т.

7 сут н.т.

28 сут н.т.

1

2

2360

2323

13,3

38,6

48,7

2

1

2368

2355

23,6

34,1

45,7

3

2

2405

10,5

26,1

31,5

42,2

4

-

2390

27,5

36,2

42,1

5

-

2410

18,8

19,1

29,5

6

4

2430

2,0

22,8

25,9


Библиографический список
  1. Зоткин А. Г. Бетоны с эффективными добавками. М.: Инфра – Инженерия, 2014. 160 с.
  2. Классы и марки бетона [Электронный ресурс] // Весь бетон : [сайт]. [2001]. URL: https://www.allbeton.ru/wiki/Классы_и_марки_бетона (дата обращения: 25.05.2016).


Все статьи автора «Короткова Анна Александровна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация