В статье представлены результаты исследований влияния комплексных добавок с пластифицирующим эффектом на основе поликарбоксилатов на свойства бетонной смеси и бетона. Дана сравнительная оценка эффективности различных добавок-модификаторов на поликарбоксилатной основе.
Ключевые слова: бетонная смесь, бетон, прочность, добавки на основе поликарбоксилатов, оценка свойств бетонной смеси, суперпластификаторы, расход добавки, сроки твердения бетона, увеличение прочностных характеристик бетона, В/Ц соотношение бетонной смеси, лабораторные исследования, высокотехнологичный бетон.
Введение
Использование добавок является весьма эффективным и экономичным способом улучшения технологических и физико-механических свойств бетона. Оптимизации бетонных смесей в производственных условиях с учетом требований к свойствам продукции и по экономическим причинам, придается большое значение. [1]. Современные производители бетона и железобетонных изделий и конструкций учитывают все возможности и нюансы, позволяющие рационально подобрать и приготовить высокотехнологичную бетонную смесь, увеличить прочность, сделать продукцию высокого качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками [2].
Появление поликарбоксилатных диспергаторов, введение которых в материал позволяет существенно улучшать его свойства, стало поистине прорывом для бетонной промышленности. Поликарбоксилаты обеспечивают высокую сохраняемость подвижности бетонной смеси, что делает их привлекательными для монолитного строительства, также открывается перспектива их применения в индустрии сборного железобетона [3].
Материалы, их характеристика и методы испытания
В исследовательской работе использовались стандартные методы исследований строительных материалов и физико-механических испытаний, согласно строительным нормативам [4].
Состав бетона был запроектирован расчётным методом подбором наиболее оптимально подходящего состава под наилучшее В/Ц соотношение. Перед началом эксперимента изготовлены водные растворы добавок разных марок производителей. Класс прочности бетона приняли В15. Нами был принят максимальный расход добавки, равный диапазону 0,2–0,5 % от массы цемента. Механизм действия добавок стерический и электростатический [5].
Использовались следующие материалы для замесов бетонных смесей:
Портландцемент, марка цемента ПЦ500 (R ц =50 МПа);
Песок сухой кварцевый, фр.0–2,5мм, насыпная плотность 𝜌 нп =1500 кг/м 3 ;
Щебень рядовой, фр. 20–40 мм, насыпная плотность 𝜌 нщ =1390 кг/м 3 ;
Вода пресная.
Использовались в ходе лабораторных испытаний следующие виды добавок суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов: Master Glenium 810 PAV; Arcon — FLUID PLUS; Master Pozzolith MR 25; П-163; Master Polyheed 3045; ST 5,0.
В процессе проведения лабораторных испытаний произвели расчет состава бетонной смеси на 1 м 3 : цемент 380 кг; вода 220 л, песок 663 кг, щебень 1181,5 кг.
Проведение лабораторных замесов бетонной смеси и исследований бетона
Подобрали наиболее оптимальный состав из всех полученных результатов. Произвели замес контрольного состава бетона. Для тяжелого бетона оптимальное соотношение В/Ц составляет 0,4–0,6. Исходя из оптимального состава под выбранное соотношение В/Ц (0,61). Применяя добавки, берем отношение В/Ц=0,55. Первый контрольный эксперимент был проведён с целью проверки прочности бетона без использования добавок.
В смеситель засыпали сухие компоненты щебень и песок в необходимых пропорциях и тщательно их перемешали. Далее добавили вяжущее — портландцемент, воду с добавкой и снова произвели перемешивание до получения однородной смеси густой консистенции. Качество приготовленной бетонной смеси определяется обычно по ее внешнему виду. Произведена была визуальная оценка бетонной смеси. Смесь однородная, связная, не расслаивается. Цвет бетонной смеси — равномерный, стандартный серый. Консистенция раствора без комков и сгустков. В смеси нет никаких бросающихся в глаза инородных тел.
Далее, произвели испытания бетонной смеси и оценили подвижность бетонной смеси с помощью конуса Абрамса, воронки, стержня и стальной линейки. Внутреннюю поверхность конуса увлажнили, а бетонную смесь уложили за три этапа. При этом производилась послойное уплотнение бетонной смеси с помощью штыковки. Выпирающие излишки раствора срезали шпателем. Затем конус перевернули и установили рядом с образовавшейся бетонной массой. Далее замерили высоту бетонного конуса и сравнили с высотой металлического конуса. Полученная разница высот и есть осадка конуса. Определив подвижность бетонной смеси, заполнили полученную смесь в разъёмные металлические формы для образцов кубов размером 10 х 10 х 10, уплотнив штыковкой. Далее, взвесили формы с бетонной смесью для дальнейшего определения средней плотности образцов, сделали для дальнейшего распознавания пометки и убрали получившиеся формы для затвердения в шкаф на нормальное твердения в течение 28 суток для набора прочности.
Далее, образцы испытали на прессе на прочность при сжатии, на 28-е сутки и 56-е сутки и получили показатели, представленные в таблице 1.
Таблица 1
Результаты испытаний на прочность добавок суперпластификаторов
|
№ п / п |
Наименование добавки |
Содержание добавки, % от массы цемента |
В / Ц |
Средняя плотность бетонной смеси, кг/м 3 |
Осадка конуса, см |
Прочность образца бетона на сжатие, МПа |
|
|
28 сут |
56 сут |
||||||
|
1 |
Контрольный состав |
- |
0,61 |
2423 |
17 |
23,56 |
27,35 |
|
2 |
Master Glenium 810 PAV |
0,5 |
0,55 |
2508 |
12 |
24,83 |
29,50 |
|
3 |
П-163 |
0,5 |
0,55 |
2488 |
10 |
32,26 |
32,20 |
|
4 |
Master Polyheed 3045 |
0,5 |
0,55 |
2468 |
17,5 |
28,81 |
28,20 |
|
5 |
ST 5,0 |
0,2 |
0,55 |
2604 |
15 |
29,34 |
28,31 |
|
6 |
Master Pozzolith MR 25 |
0,5 |
0,55 |
2512 |
20 |
16,31 |
18,95 |
|
7 |
Arcon — FLUID PLUS |
0,5 |
0,55 |
2511 |
20 |
14,75 |
18,06 |
Исходя из получившихся результатов, видим, что подвижность бетонных смесей соответствует П3-П4 и осадка конуса для всех видов бетонной смеси составляет не более 20 см.
Исходя из лабораторных испытаний, выявили, что показатель прочности получился высоким у образцов с добавками «П-163», «Master Polyheed 3045» и «ST 5,0». Почти все образцы бетона при введении пластификаторов показывают тенденцию к повышению прочности бетона при одном и том же расходе цемента.
Исключениями являются добавки «Master Pozzolith MR 25» и «Arcon — FLUID PLUS». Данные добавки еще на этапе приготовления бетонной смеси показали видимые расхождения от общепринятых. Бетоны на основе данных добавок проявили худшие результаты, показав наиболее низкие показатели прочности образцов на сжатие. Бетонные смеси расслаивались, пенились, внешний вид был странным, с проявлением на поверхности белого налёта.
Отмечено также по данным исследований, что максимальное увеличение прочности на 56 сутки достигается в образце «Master Glenium 810 PAV», его прирост составляет 18,8 % по сравнению со значением на 28 сутки. Данный образец показал наибольший прирост прочности во времени.
Изменение прочности бетона на сжатие в возрасте 28 и 56 суток наглядно видно в графике, изображенном на рисунке 1.
Рис. 1. График изменения прочности на сжатие образцов бетона
Выводы по исследованиям:
Применение суперпластификатора «П-163» максимального количества, соответствующего 0,5 % от массы Ц в пересчёте на сухое вещество, приводит к значительному повышению прочности бетона, равному 37 % на 28-е сутки выдержки образцов-кубиков бетона. Использование добавок на основе эфиров поликарбокслатов марок «Master Pozzolith MR 25» и «Arcon — FLUID PLUS» привело к снижению прочности бетона по сравнению с контрольным образцом на 30,8 % и 37,4 % соответственно за 28 суточный период набора прочности. Исходя из этого, можно утверждать, что эффективность «Master Pozzolith MR 25» и «Arcon — FLUID PLUS» применения оставляет весьма спорный вопрос.
В ходе экспериментов было установлено, что тяжелый бетон с модифицирующими добавками- пластификаторами и суперпластификаторами является отличным эффективным решением для увеличения прочности конструкций, не требующих особых усилий по уходу и вибрированию бетонной смеси в связи с жидкой консистенцией бетонного раствора при их применении.
Литература:
- Изотов В. С. Исследование влияния добавок гиперпластификаторов на физико-механические свойства тяжелого бетона. /Строительные материалы и изделия. Известия КазГАСУ, 2009, № 2(12). — С. 242–245.
- Сулейманова Л. А., Погорелова И. А., Слепухин А. С., Плехова С. И., Высокотехнологичные бетоны с использованием суперплатифицирующих добавок на основе поликарбоксилата./ Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова, 2016, № 9 — C. 63–66.
- Красовский, П. С. Физико-химические основы формирования структуры цементных бетонов: учеб. пособие / П. С. Красовский. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. — 204 с.
- БаженовЮ. М. Технология бетона. — М.: АСВ, 2000. — 500 с.
- Юхневский П. И. О механизме пластификации цементных композиций добавками/Строительная наука и техника, 2016, № 1(2) — С. 64–69.
