В работе приводятся результаты сравнительных исследований эффективности добавок для снижения воздухововлечения в тонкозернистых самоуплотняющихся бетонных смесях. Показано, что наиболее эффективна для снижения воздухосодержания добавка Пропанол Б 400, которая позволила повысить прочность при раскалывании на 25 %, а прочность при сжатии на 9 %.
Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, тонкозернистый бетон, воздухововлечение, пеногаситель, суперпластификатор.
Тонкозернистые самоуплотняющиеся фибробетоны — результат эволюции бетонов под влиянием опыта использования суперпластификаторов, микрокремнезема и дисперсного армирования. Эта технология позволяет получить материал c феноменально высокими технико-строительными характеристиками [1, 2].
Одной из проблем, возникающей при производстве самоуплотняющихся бетонов является значительное воздухововлечение [3, 4]. В отличие от обычных бетонов, уплотняемых вибрацией, в самоуплотняющихся бетонах вовлеченный воздух может оставаться в смеси в большем объеме, распределяясь по высоте конструкции неравномерно. Для высокопрочных бетонов воздухосодержание имеет большое значение, так как оно повышает дефектность структуры, что ведет к снижению прочности.
Для снижения содержания вовлеченного воздуха в смеси в промышленно развитых странах применяют турбулентные вакуумные смесители [5]. Как показывает опыт приготовления самоуплотняющихся бетонов в вакуумных смесителях, такой технологический прием достаточно эффективен [5,6] для снижения воздухововлечения и повышения прочности. Однако, в нашей стране не производятся такие смесители, что сдерживает широкое внедрение тонкозернистых порошковых самоуплотняющихся фибробетонов.
Один из методов решения этой проблемы — использование при приготовлении самоуплотняющихся бетонов добавок пеногасителей, способных снизить воздухововлечение.
Методы и материалы
Подбор состава тонкозернистых бетонов — сложная и неотработанная до конца процедура, поэтому для упрощения эксперимента исследования проводились на модельном составе, включающем цемент, песок и суперпластификатор С-3. Соотношение песка и цемента во всех составах равнялось 1. Водоцементное отношение 0,317 в такой смеси позволяло получить при расходе суперпластификатора 0,4 % от массы цемента самоуплотняющуюся, не требующую виброуплотнения смесь. Консистенция смеси исследованных составов характеризовалась расплывом смеси из стандартной формы-конуса [7] без встряхивания показателем 200–220 мм.
Для эксперимента был использован портландцемент ПЦ 500 Д 0 производства ОАО «Осколцемент» и песок Сурского месторождения фракции 0,14–0,63 мм.
В качестве добавок, снижающих воздухосодержание тонкозернистой смеси, были исследованы три пеногасителя: Пропанол Б 400, Адеканоль и Силипур. Две первые добавки используются в процессах биосинтеза антибиотиков, а последняя — в сухих строительных смесях.
Составы приготавливались по следующей технологии: предварительно смешанные цемент и песок высыпались в течение 1 минуты в воду с добавкой С-3 при постоянном перемешивании смеси с помощью электрической дрели с насадкой. Общее время перемешивания составляло 3 минуты. Суперпластификатор и жидкие пеногасители предварительно вводились в воду затворения, а порошковый Силипур смешивался с цементом и песком.
После приготовления смеси определялась ее плотность взвешиванием с погрешностью 0,01 г в металлическом стакане емкостью 255 см3. Затем, для оценки влияния пеногасителей на кинетику твердения цемента в начальные сроки, формовались образцы размером 20×20×20 мм. Прочность определялась через 1, 3 и 7 суток. Для исследования предела прочности при раскалывании и сжатии в возрасте 28 суток изготавливались образцы размером 40×40×160 мм. Схема определения прочности при раскалывании приводится на рис. 1. Полученные при испытании на раскалывание половинки образцов испытывались на предел прочности при сжатии.
Рис. 1. Схема определения прочности при раскалывании: 1 — плита пресса; 2 — стальные стержни d = 5 мм; 3 — прокладки из пористой резины; 4 — испытуемый образец
Результаты эксперимента и их обсуждение
Результаты определения плотности тонкозернистой смеси приводятся на рис. 2а, а бетона твердевшего 28 суток и затем высушенного при температуре 105 °С — на рис. 2б. Как видно из графиков, наиболее эффективной добавкой с точки зрения снижения воздухосодержания является Пропанол Б-400, который эффективен при всех исследованных дозировках. Пеногаситель Адеканоль повышает плотность тонкозернистого бетона только при дозировке 0,1 %, а при более низкой дозировке, напротив, отмечено небольшое снижение плотности в сравнении с контрольным составом.
Неожиданный результат был получен при исследовании составов с добавкой Силипур, которая снижала плотность бетонной смеси и бетона, а в совокупности с С-3 проявляла эффект воздухововлечения.
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Влияние на плотность тонкозернистой бетонной смеси (а) и бетона (б), прочность при раскалывании (в) и сжатии (г) дозировки различных пенообразователей: 1 — Силипур; 2 — Пропанол Б 400; 3 — Адеканоль
Зависимости прочности от дозировки исследованных добавок на рис. 2в и рис. 2г симбатны изменениям плотности на рис. 2а и рис. 2б, что свидетельствует о влиянии пористости бетона на его прочностные характеристики и возможности повышения прочности самоуплотняющегося бетона за счет добавок пеногасителей.
Для нахождения зависимости прочностных характеристик самоуплотняющегося бетона была рассчитана теоретическая пористость бетонной смеси по формуле
Пбс = (1 — ρф / ρт) ×100, где ρф и ρт — фактическая и теоретическая плотность смеси, соответственно. Теоретическая плотность была вычислена по формуле
где Ц, П, В – расход цемента, песка и воды в смеси в г;
ρц и ρп – плотность цемента и песка, г/см3.
Рис. 3. Влияние расчетной пористости бетонной смеси на прочность при сжатии (а) и при раскалывании (б)
Графики зависимости прочностных характеристик бетона от расчетной пористости представлены на рис. 3. Как видно из этих графиков воздухововлечение может снизить прочность при сжатии на 15 %. Еще более значительное влияние воздухосодержание смеси оказывает на прочность при раскалывании, которая в некоторых составах снижалась на 40–50 %.
Выводы
Наиболее эффективной добавкой для снижения воздухововлечения является пеногаситель Пропанол Б-400. Менее эффективен Адеканоль, который действует только при дозировке 0,1 %, при этом эта добавка дает более высокое воздухововлечение тонкозернистых бетонных смесей, чем Пропанол Б-400.
Эффект от применения исследованных пеногасителей достаточно высок — максимальное повышение прочностных характеристик при введении добавок составило — 25 % для прочности при раскалывании и 9 % для прочности при сжатии.
Литература:
1. Richard, P. Reactive Powder Concretes with High Ductility and 200–800 MPa Compressive Strength / P. Richard, M. Cheyrezy // Proceedings of V. M. Malhotra Symposium «Concrete Technology. Past, Present and Future» ACI SP 144–23, P. K. Metha. — S.Francisco, 1994. — P. 508–519.
2. Баженов, Ю. М. Высококачественный тонкозернистый бетон / Ю. М. Баженов // Строительные материалы. — 2002. — № 2. — С. 24–25.
3. Коровкин, М. О. Влияние высококальциевой золы-уноса на свойства самоуплотняющегося бетона / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина // Региональная архитектура и строительство. — 2015. — № 1. — С. 49–53.
4. Коровкин, М. О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина. — Пенза: ПГУАС, 2012. –144 с.
5. Schachinger, I. Effect of Mixing and Placement Methods on Fresh and Hardened Ultra High Performance Concrete (UHPC) / I. Schachinger, J.Schubert, O. Mazanec // Ultra High Performance Concrete (UHPC): Proc. of the Int. Symposium on UHPC. 2004. P. 575–586.
6. Калашников, В. И. Влияние режима перемешивания самоуплотняющегося тонкозернистых высокопрочного бетона на его прочность / В. И. Калашников, М. О. Коровкин, А. Г. Кошкин [и др.] // Сб. ст. Междунар. НТК «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов». Пенза: ПДЗ, 2005. С.70–74.
7. ГОСТ 310.4–81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. М.: Изд-во стандартов, 1992.
