Сохраняемость подвижности бетонной смеси в зависимости от температуры окружающей среды

Научная статья
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.146.162
Выпуск: № 8 (146), 2024
Предложена:
09.05.2024
Принята:
09.08.2024
Опубликована:
16.08.2024
17
0
XML
PDF

Аннотация

В работе рассмотрены вопросы сохраняемости бетонных смесей при воздействии климатических факторов при длительной выдержке на открытом воздухе. Рассмотрены вопросы по определению скорости снижения подвижности и прочности с длительной выдержкой при положительных и отрицательных температурах. Оценена эффективность добавок суперпластификаторов на основе температурного коэффициента реакции. Коэффициент температурной реакции позволяет обосновывать выбор химической добавки для производства товарного бетона с точки зрения ее стойкости к знакопеременным температурам. На основе полученных данных возможно прогнозировать сохраняемость бетонных смесей при различных температурах, проведя климатические испытания при двух температурах.

1. Введение

Активное строительство и быстрый рост крупных городов приводит к необходимости более тщательного контроля сохраняемости свойств бетонной смеси во времени. Возникает необходимость, производства бетонных смесей, с временем сохраняемости подвижности не менее трех часов, в том числе в условиях высоких температур при производстве работ в летнее время

,
. Высокая сохраняемость подвижности, необходима при длительном транспортировании, предполагающая, как правило, несколько часов с момента производства до укладки в опалубку, продолжительной укладке бетонной смеси, а также для снижения последующих негативных усадочных процессов при схватывании и твердении бетона. Решением проблемы малой сохраняемости подвижности, являются пластификаторы, позволяющие значительно увеличить время транспортирования
,
. Но данные продукты ограничены по количеству предложений (как правило, у одного производителя имеется один вид подобного пластификатора в предлагаемом ассортименте), и дороги. В работе
,
предлагается увеличивать продолжительность сохраняемости подвижности бетонной смеси путем периодического введения пластификаторов. Данный способ, с одной стороны, не требует использования дорогих суперпластификаторов, но сложен с точки зрения контроля введения добавок.

Еще одним из вопросов косвенно связанных с сохраняемостью подвижности бетонной смеси является необходимость определения сроков схватывания бетонных смесей

, для предотвращения образования холодных швов в монолитных конструкциях. Методы определения сроков схватывания бетонных смесей
трудоемки в связи с необходимостью рассеивания через стандартное сито 5 мм. бетонной смеси. Увеличение времени сохраняемости бетонной смеси возможно различными способами, но в основном для этого используются различные добавки модификаторы бетона и бетонных смесей
,
. На основе вышеизложенного, авторами было решено рассмотреть сохраняемость бетонной смеси в условиях знакопеременных температур, приготовленных с использованием суперпластификаторов и противоморозных добавок, с последующей оценкой их эффективности по критерию энергии активации.

2. Методы и принципы исследования

Работы были проведены на базе лаборатории ООО «Казанский ДСК», на основе используемых материалов и составов в производстве. Исследования проведены на товарном бетоне класса В25F75W4 (далее ТБ), в двух вариантах добавок – суперпластификаторе (СП) и противоморозной добавке (ПД) (суперпластификатор используемый в летний период - СП, противоморозная добавка в зимний период – ПД)

. Составы приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы товарного бетона

Наименование материала

Расход материалов кг. На 1 м3 бетона

Контрольный

Летний ТБ

Зимний ТБ

1

2

3

4

Цемент ЦЕМ I 42.5

330

330

350

Гравий

1090

1090

1090

Песок обогащенный

740

740

720

Песок речной

100

100

100

Добавка СП

-

2,97 (0,9 % от массы цемента)

-

Добавка ПД

-

-

3,15 (0,9 % от массы цемента)

2.1. Характеристики заполнителей для товарного бетона

Песок обогащенный:

Модуль крупности – 2,53;

Плотность в сухом состоянии – 1520 кг/м3;

Содержание пылевидных частиц – 0,8%.

Песок речной:

Модуль крупности – 1,75;

Плотность в сухом состоянии– 1480 кг/м3;

Содержание пылевидных частиц – 2,8%.

 

Гравий фр.5-20:

Марка по дробимости – 1000;

Плотность в сухом состоянии – 1540 кг/м3;

Содержание пылевидных частиц – 0,9%.

 

Выбрав оптимальный базовый состав – исследовали влияние температуры выдержки на сохраняемость подвижности бетонной смеси при положительных и отрицательных температурах, в том числе сделан вывод по действию данных пластификаторов на кинетику набора прочности, пластичности смеси, расслаиваемости и т.д.

Для определения зависимости сохраняемости подвижности бетонной смеси от температуры выдержки были изготовлены идентичные лабораторные замесы объемом 7л. В процессе исследования добавки вводились в бетонную смесь вместе с водой затворения. Для некоторых составов при снижении осадки конуса в интервале 6-10 см., осуществлялось дополнительное введение добавки в количестве 0,1% от массы цемента, для восстановления подвижности бетонной смеси и увеличения времени сохраняемости, в зависимости от скорости снижения подвижности бетонной смеси, время введения добавок различно.

Требуемая марка по удобоукладываемости бетонной смеси: подвижность П5 (осадка конуса 22-24 см.).

3. Основные результаты

После приготовления бетонная смесь, помещалась в климатическую камеру СМ -55/50-12 МАС при температурах: +25, +20, +10, 0, -15 оС и выдерживалась до 8 часов. В зависимости от температуры выдержки, интервалы определения подвижности и отбора образцов для определения прочности бетонной смеси составили от 1 до 2 часов, первоначальные характеристики определены через 15 минут после приготовления. На рис. 1-2 представлены графики изменения осадки конуса в зависимости от температуры и времени выдержки. Контрольный образец выдерживался при температуре + 20 оС и является бездобавочным, по требованиям ГОСТ 30459-96 добавки для бетонов Методы определения эффективности, а также для разработки методики оценки эффективности добавок с испытаниями при нормальных условиях.

Изменение осадки конуса с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе

Рисунок 1 - Изменение осадки конуса с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе

Изменение осадки конуса с выдержкой при отрицательной температуре на противоморозной добавке

Рисунок 2 - Изменение осадки конуса с выдержкой при отрицательной температуре на противоморозной добавке

На рис. 1 и 2 осадка конуса изменяется согласно правилу - выше температура, больше скорость реакции. На рис. 1 при температуре + 10 оС и времени выдержки 3 часа была восстановлена подвижность бетонной смеси введением добавки суперпластификатора. На рис.2 подвижность была также восстановлена для бетонной смеси, выдерживавшийся при температуре 0 оС и 4 часах. Бетонная смесь, выдерживаемая при температуре -15 оС, быстро замерзала и к пятому часу выдержки полностью замерзла.

На рис. 3 и 4 представлено изменение прочности бетона в возрасте 28 суток.

Изменение прочности товарного бетона с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе

Рисунок 3 - Изменение прочности товарного бетона с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе

Изменение прочности товарного бетона с выдержккой при отрицательной температуре на противоморозной добавке

Рисунок 4 - Изменение прочности товарного бетона с выдержккой при отрицательной температуре на противоморозной добавке

4. Обсуждение

Из рис. 3 и 4 видно, что сохранение прочности бетона при длительной выдержке достигается при температуре -15 оС. Разница в прочности между товарным бетоном на суперпластификаторе и противоморозной добавке достигает 10 МПа в пользу бетона на зимней добавке, прочность бездобавочного бетона ниже на 10-20 МПа. При температурах от 0 до +25 оС кинетика снижения прочности товарного бетона на графиках различается во временных интервалах.

Для оценки изменения скорости снижения прочности товарного бетона проведен регрессионный анализ рис. 3 и 4 (обозначены пунктиром). На основе регрессионного анализа определены скорости снижения прочности по формуле:

img
(1)

где: img – прирост прочности,

img – прирост времени.

Формула 1 справедлива для систем, где, при химической реакции концентрация исходных веществ уменьшается. По нашему мнению, данная формула может быть применена в первом приближении (без учета других факторов и процессов, происходящих при твердении цемента), поскольку при твердении клинкерные минералы расходуются, а добавка пластификатор является компонентом влияющей на скорость процесса. Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Изменение скорости снижения прочности товарного бетона в зависимости от температуры и вида добавки

Температура выдержки бетонной смеси, оС

Бетон на СП

Бетон на ПД

Контрольный состав

1

2

3

4

+25

-1,71

-

-

+20

-

-

-2,68

+10

-1,57

-

-

0

-

-1,80

-

-15

-

-0,24

-

Примечание: cуперпластификатор, противоморозная добавка

Знак минус в таблице 2 говорит об уменьшении концентрации реагирующего вещества, по нашему мнению, уменьшается концентрация добавок. Если расположить полученные скорости по возрастанию относительно температуры выдержки получим:

-15, +10, 0, +25, +20 оС

Наибольшая скорость снижения прочности товарного бетона от выдержки наблюдается у контрольного состава (температура +20 оС), поскольку в составе отсутствует добавка пластификатор. При температурах выдержки 0 и +10 оС скорости близки, но выбиваются из общего ряда. Причиной меньшей скорости реакции при выдержке +10 оС по отношению к 0 оС возможно является более раннее введение добавки пластификатора, для сохранения подвижности бетонной смеси.

Для оценки влияния добавки пластификатора на скорость снижения прочности при выдержке, рассчитаем температурный коэффициент реакции по правилу Вант-Гоффа по формуле:

img
(2)

где: γ – температурный коэффициент реакции, ν – скорость реакции, t – температура.

Температурный коэффициент реакции по правилу Вант-Гоффа рассчитан относительно контрольного состава и приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Температурный коэффициент реакции в зависимости от температуры выдержки и вида добавки

Темература, оС

-15

0

10

25

1

2

3

4

5

Температурный коэффициент реакции

1,99

1,22

1,71

0,41

5. Заключение

При сравнении данных из таблицы, можно сделать вывод о том, что противоморозная добавка лучше сохраняет подвижность бетонной смеси, при длительной выдержке, что благоприятно сказывается на прочности бетона, поскольку температурный коэффициент реакции значительно выше, чем у летнего пластификатора. Высокий температурный коэффициент реакции говорит о более высокой энергии активации, а значит пленка адсорбированного пластификатора на поверхности зерен цемента обладает более высокой стойкостью к разрушению при твердении. Коэффициенты реакции для температур 0 и 10 оС показывают что для противоморозной добавки восстановление подвижности не желательно, поскольку энергия активации уменьшается и наоборот, восстановление подвижности суперпластификатором оказывает положительное влияние, энергия активации растет.

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Предложенный метод испытания позволяет, выбирать добавки для товарного бетона по критерию энергии активации.

2. При сравнении использованных добавок: суперпластификатор допускает восстановление подвижности, при необходимости. Противоморозная добавка эффективна, и не требует восстановления подвижности.

3. Для работы в летний период желательно выбрать более эффективный суперпластификатор.

Метрика статьи

Просмотров:17
Скачиваний:0
Просмотры
Всего:
Просмотров:17