Проанализированы существующие подходы оценки эффективности суперпластификаторов. Показано, что исследование действия добавок на бетонных смесях характеризуется высокой трудоемкостью, что затрудняет получение достаточного объема данных об эффективности суперпластификатора. Предложена методика исследования эффективности добавок на растворной составляющей бетона.
Ключевые слова: суперпластификатор, эффективность, бетон, растворная составляющая, водоредуцирующий эффект.
В связи с большим потенциалом суперпластификаторов (СП) для развития технологии бетона чрезвычайно актуальны исследования различных аспектов эффективного применения этих добавок в строительных растворах и бетонах, а также совершенствование методологии оценки этой эффективности. Совершенствование методологии оценки СП в строительных растворах и бетонах, а также различных методик определения реологических свойств цементных суспензий и реотехнологических свойств бетонных и растворных смесей позволит выявить новые факторы и закономерности, влияющие на эффективность применения суперпластификаторов.
Общая тенденция существующих методологических подходов базируется на оценке изменения всего комплекса свойств бетона при введении в его состав добавки [1-3]. Оценка эффективности производится по значительному числу критериев, однако изменение всех свойств модифицированных бетонов и строительных растворов обусловлено влиянием добавки СП на повышение текучести цементного теста, а в некоторых случаях — на изменение кинетики твердения цемента в начальные сроки.
Оценка пластифицирующего эффекта суперпластификаторов в бетонах и строительных растворах в соответствии со стандартизированной методикой [4] основывается на определении изменения осадки конуса бетонной смеси, изготовленной из материалов нормируемого состава при заданных интервалах расхода компонентов. Для определения только одного показателя пластифицирующего эффекта необходимо приготовить контрольный бездобавочный состав, а также состав с добавкой (объем каждого состава около 5,5 л). В связи с высокой для исследовательской и строительной лаборатории материало- и трудоемкостью этого метода он используется в основном для окончательной проверки эффективности выбранной добавки и ее дозировки.
В настоящее время не существует единой методологии предварительной оценки эффективности СП при использовании небольшого объема цементного теста или растворной составляющей бетона. Критический анализ методологических подходов к оценке эффективности СП, принятых в отечественной практике, позволил выявить их основные недостатки и определить направление совершенствования методологии оценки СП. С учетом колебаний состава и свойств СП, цемента и бетона целесообразна двухэтапная оценка добавки: на первом этапе производится выбор добавки и оптимизация ее дозировки, а на втором — уточнение расхода добавки и корректировка состава бетона с учетом экспериментальной оценки воздействия СП на комплекс свойств бетона или строительного раствора.
В некоторых исследовательских работах пластифицирующий эффект при введении в цементную суспензию СП определяется по увеличению ее расплыва из вискозиметра Суттарда или мини-конуса [6, 5]. Однако точно спрогнозировать эффективность СП в бетонах и растворах по пластифицирующему или водоредуцирующему эффекту добавки в цементном тесте на современном уровне развития бетоноведения пока невозможно. Основные трудности при решении этой задачи связаны с неопределенностью влияния расхода и характеристик заполнителя на удобоукладываемость бетонной смеси.
Многие вопросы оценки эффективности на стадии выбора СП и назначения начальной дозировки добавки могут быть решены при исследовании действия добавки на свойства цементных суспензий и растворной составляющей бетона. К числу таких вопросов относятся: определение уровня пластифицирующего или водоредуцирующего действия СП, совместимость добавки и цемента, величина снижения пластифицирующего эффекта добавки в смеси со временем (сохраняемость подвижности смеси), а также замедление твердения.
Несмотря на очевидные преимущества такого подхода к оценке действия СП, методики для определения пластифицирующего эффекта не стандартизированы, а иногда научно не обоснованы, из-за чего результаты, полученные в разных лабораториях, часто несопоставимы.
Пластифицирующий эффект СП в бетонных и растворных смесях проявляется за счет разжижения цементного теста, которое обеспечивается благодаря адсорбции ПАВ СП на поверхности раздела цемента и воды, что обусловливает снижение склонности частиц цементного теста к агрегированию и образованию коагуляционного каркаса. В связи с этим для оценки совместимости СП с цементом и предварительной оценки эффективности добавки достаточно определить водоредуцирующий эффект СП в цементной суспензии или цементно-песчаном растворе, что существенно снижает трудоемкость исследования. В связи с тем, что значения водоцементного отношения растворных смесей ближе к значениям этого показателя в бетонной смеси, предпочтительнее испытания проводить на растворной составляющей бетона при соотношении песок:цемент, равным 1:2. После оценки консистенции смесей из них изготавливаются образцы с размерами 20×20×20 мм для определения влияния добавки на кинетику твердения.
Однако экстраполяция полученных результатов на бетонные и растворные смеси затруднена, так как значения водоредуцирующего эффекта добавки в бетонных смесях могут быть в 2…3 раза ниже, чем в цементной суспензии, а на величину снижения водоредуцирующей эффективности добавки основное влияние оказывают расход и свойства заполнителя.
На снижение пластифицирующего и водоредуцирующего эффектов СП в бетонных смесях в сравнении с цементной суспензией воздействуют два фактора. Во-первых, контактное взаимодействие между зернами заполнителя, которое при сокращении расхода воды возрастает из-за уменьшения раздвижки зерен [7]. Во-вторых, некоторая часть воды и цементного теста иммобилизована на поверхности заполнителя, в результате чего общий объем несвязанной воды, обеспечивающий текучесть смеси, снижается.
Современный уровень развития науки о бетоне не позволяет с достаточной достоверностью определить влияние характеристик и расхода заполнителя на удобоукладываемость смеси. В связи с этим для ориентировочной оценки водоредуцирующего эффекта СП в бетонной смеси ВРб предлагается использовать формулу
ВРб = ВРр Кз Ку,
где ВРр – водоредуцирующий эффект СП в растворной смеси;
Кз — коэффициент, зависящий от свойств крупного заполнителя;
Ку – коэффициент, зависящий от удобоукладываемости смеси.
Сопоставление водоредуцирующих эффектов в растворных и бетонных смесях позволило сделать вывод о том, что при начальных расчетах коэффициент Кз может быть принят равным 0,85 для высококачественного фракционированного щебня и 0,75 — для щебня среднего и низкого качества. Значение коэффициента Ку для бетонной смеси с маркой по удобоукладываемости П5 и П4 равно 1, а для марок П3; П2; П1; Ж1 — соответственно 0,95; 0,9, 0,83; 0;7. Указанные значения коэффициентов ориентировочные; поэтому в каждой строительной лаборатории они должны уточняться в зависимости от разновидности и расхода заполнителя, а также других характеристик бетона. Корректировка коэффициентов может производиться в лаборатории c учетом накопленных статистических данных испытания бетонных смесей, приготовленных на заполнителях различных месторождений.
Выводы:
Предлагаемая методика оценки водоредуцирующей эффективности суперпластификатора позволяет значительно снизить трудоемкость ее оценки и более полно исследовать влияние дозировки добавки на водоредуцирующий эффект и кинетику твердения растворных и бетонных смесей.
Литература:
1. Рогатин, Ю. А. Оценка эффективности химических добавок по групповым коэффициентам приведения / Ю. А. Рогатин, В. Г. Батраков // Бетон и железобетон. — 1990. — № 7.– С. 15–17.
5. Kantro, D. L. Influence of Water-Reducing Admixtures on Properties of Cement Paste — A Miniature Slump Test / D. L. Kantro // Cement, Concrete and Aggregates. — 1980. — № 2. — Р. 95–102.
