Сохраняемость подвижности бетонной смеси в зависимости от температуры окружающей среды
Сохраняемость подвижности бетонной смеси в зависимости от температуры окружающей среды
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.
Рисунок 1 - Изменение осадки конуса с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе
Рисунок 2 - Изменение осадки конуса с выдержкой при отрицательной температуре на противоморозной добавке
На рис. 3 и 4 представлено изменение прочности бетона в возрасте 28 суток.
Рисунок 3 - Изменение прочности товарного бетона с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе
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:
где: – прирост прочности,
– 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:
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.