Одним из важнейших результатов развития технологии бетонов в конце двадцатого века следует признать создание и развитие концепции «High Performance Concrete» – высококачественного бетона [1] или по другой терминологии – высокофункционального бетона [2]. Такими материалами называют бетоны с высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками. Ключевыми элементами технологии высококачественного бетона являются применение микрокремнезёма (МК) и суперпластификаторов (СП) [1]. Однако МК является высокодисперсным, низкоплотным, пылящим материалом, что создаёт проблемы при его транспортировании, хранении, дозировании и перемешивании с другими компонентами бетона [3]. Кроме того, микрокремнезём значительно повышает водопотребность цемента, что делает его применение без водоредуцирующих добавок не эффективным. В связи с этим, в последние годы были разработаны добавки, включающие в свой состав МК и СП, иногда и другие материалы различного назначения, например, регуляторы твердения. Применение комплексной добавки упрощает технологию бетона с МК [3].

В настоящее время на российском рынке присутствуют подобные добавки различных отечественных и зарубежных производителей – модификаторы МБ-01 и МБ-C (ООО “Предприятие Мастер Бетон”, г. Москва), MAPEFLUID PZ500 (Mapei, Италия), Sikacrete PP1-HR (Sika AG, Швейцария) и др. Одной из таких добавок, разработанной Всероссийским институтом гидротехнического строительства имени Б. Е. Веденеева и производимой ЗАО «НПО ЦМИД» (г. Санкт- Петербург) является ЦМИД-4.

Эта добавка предназначена для приготовления бетонов с высокими требованиями по прочности, в том числе в раннем возрасте, морозостойкости и водонепроницаемости. В состав ЦМИД-4 не входят ускорители на основе солей, поэтому она может применяться для повышения прочности и ускорения её набора в бетонах, используемых в ответственных конструкциях, в том числе в мостостроении. Рекомендуемая дозировка – 6-8 % от массы цемента. Состав добавки ЦМИД-4 разработчик и производитель не раскрывают. По некоторым признакам нами был сделан вывод о содержании в составе этой добавки около 15 % СП на основе нафталинформальдегидных соединений.

Исследования эффективности ЦМИД-4 проводились на цементно-песчаных растворах состава 1:2, так как в растворной составляющей бетона соотношение цемента и мелкого заполнителя имеет приблизительно такие значения [4]. Для исследований был использован цемент ПЦ 500 Д0 производства ОАО “Кавказцемент” (г. Черкесск). Нормальная густота цементного теста составила 25,5 %, активность – 51 МПа. В качестве мелкого заполнителя использовался песок Сурского месторождения с Мкр = 1,52. Добавка вводилась взамен цемента, то есть количество смешанного вяжущего в смеси во всех составах оставалось постоянным. Дозировка ЦМИД-4 составляла от 3 до 12 % от массы смешанного вяжущего.

Консистенции смеси определялась по расплыву на встряхивающем
столике [5]. В эксперименте использовался аналог формы-конуса с уменьшенными размерами: высотой – 31 мм, диаметром основания – 63 мм, диаметром верхней части – 47 мм. Водоредуцирующий эффект добавки рассчитывалось по формуле ВР = 100 ((В/ЦК – В/ЦД)/В/ЦК), где В/ЦК и В/ЦД – водоцементное отношение равноподвижных смесей без добавки и с добавкой, соответственно. В связи с тем, что трудно подобрать расходы воды при которых смеси с различным содержанием ЦМИД-4 имели бы одинаковую консистенцию, значения В/ЦК и В/ЦД, необходимые для получения равноподвижных смесей, рассчитывались по уравнениям зависимости расплыва смеси от В/Ц [5]. Зависимости консистенции растворных смесей от В/Ц и эмпирические уравнения этих зависимостей при различных расходах добавки приводятся на рис. 1.

Рисунок 1 – Зависимость консистенции смеси от водоцементного отношения для растворов с различным расходом добавки (обозначение дозировок на рисунке)

Как видно из рис. 1. добавка ЦМИД-4 снижает водопотребность смеси при повышении дозировки добавки, что объясняется увеличением количества вводимого в растворную смесь СП в составе комплексной добавки [6].

Результаты расчёта водоредуцирующего эффекта ЦМИД-4 для различных консистенций смеси приводятся на рис. 2. Как видно из графиков, водоредуцирующий эффект в жёстких смесях приблизительно в два раза выше, чем в пластичных смесях и при повышении дозировки добавки эта тенденция усиливается.

Рисунок 2 – Влияние дозировки ЦМИД-4 на водоредуцирующий эффект для растворов с различной консистенцией (обозначение дозировок на рисунке)

Исследование влияния добавки на прочность цемента показало, что в ранние сроки твердения прочность раствора значительно снижается. Такое изменение прочности цементно-песчаного раствора в возрасте 3 и 7 суток при повышении дозировки добавки можно объяснить блокирующим действием СП, входящего в состав ЦМИД-4. При дозировке добавки 6 % по нашим оценкам в смесь вводилось 0,9 % СП, что превышает его эффективную дозировку [7], то есть дозировку, при которой не наблюдается снижения прочности в ранние сроки.

Рисунок 3 – Зависимость прочности раствора от содержания ЦМИД-4 при В/Ц = 0,4

Прочность через 28 суток твердения с повышением расхода добавки возрастает даже при неизменном водоцементном отношении (рис. 3.). Такое упрочняющее действие ЦМИД-4 обусловлено высокой пуццолановой активностью входящего в её состав высокодисперсного аморфного микрокремнезёма. При снижении В/Ц за счёт пластифицирующего действия добавки для получения равноподвижных смесей можно ожидать ещё большего повышения прочности [8, 9].

Выводы

Добавка ЦМИД-4 является высокоэффективным модификатором бетонов и строительных растворов. Она позволяет повысить на 20-40 % прочность в возрасте 28 суток при дозировках 9-12 % без снижения водоцементного отношения. Добавка значительно повышает удобоукладываемость смеси. С учётом того, что в жёстких смесях водоредуцирующий эффект ЦМИД-4 выше, чем в пластичных смесях более эффективно применение этой добавки в условиях заводского производства железобетонных конструкций. Учитывая достаточно высокую стоимость ЦМИД-4, применение этой добавки может быть оправдано только в бетонах, к которым предъявляются повышенные требования по удобоукладываемости, прочности, проницаемости, морозостойкости и другим характеристикам.

1. Баженов Ю.М., Фаликман В.Р. Новый век: новые эффективные бетоны и технологии // Материалы I Всероссийской конференции. М., 2001. С. 91-101.
2. Трамбовецкий В. П. О новых терминологических понятиях в строительстве из бетона // Бетон и железобетон. 2000. № 3. С. 28.
3. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Батраков В.Г. Комплексный модификатор бетона марки МБ-01 // Бетон и железобетон.1997. № 5. С.38-41.
4. Коровкин М.О. Свойства тонкозернистого бетона в зависимости от дозировки суперпластификатора и микрокремнезема / М.О. Коровкин, Е. Ю. Ярошук, О.В. Абрашкин, В. М. Журавлев // Сборник статей Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика». – Пенза: Приволжский дом знаний, 2011. – С. 61-66.
5. ГОСТ 310.4 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.
6. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. – 144 с.
7. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. – М.: Технопроект, 1998. – 768 с.
8. Калашников В.И., Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Коровкин М.О., Кочергина Н.Г., Михеева Е.Г. Влияние суперпластификатора на твердение цемента // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2001. № 1. С. 28.
9. Коровкин М.О., Калашников В.И. Ресурсосберегающая эффективность суперпластификатора в бетоне // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 59-61.

Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»