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
[1][2][3][4][5][6]
Еще одним из вопросов косвенно связанных с сохраняемостью подвижности бетонной смеси является необходимость определения сроков схватывания бетонных смесей
[7][8][9][10]
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)
[3]
Составы товарного бетона
| Наименование материала | 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) |
Песок обогащенный:
Модуль крупности – 2,53;
Плотность в сухом состоянии – 1520 кг/м3Missing Mark : sup;
Содержание пылевидных частиц – 0,8%.
Песок речной:
Модуль крупности – 1,75;
Плотность в сухом состоянии– 1480 кг/м3Missing Mark : sup;
Содержание пылевидных частиц – 2,8%.
Гравий фр.5-20:
Марка по дробимости – 1000;
Плотность в сухом состоянии – 1540 кг/м3Missing Mark : sup;
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 оMissing Mark : supС 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 оMissing Mark : supС 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
Изменение осадки конуса с выдержкой при отрицательной температуре на противоморозной добавке
На рис. 3 и 4 представлено изменение прочности бетона в возрасте 28 суток.
Изменение прочности товарного бетона с выдержкой при положительной температуре на суперпластификаторе
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 оMissing Mark : supС. 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 оMissing Mark : supС 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:
[LATEX_FORMULA]v= - \frac{\Delta r}{\Delta \tau}[/LATEX_FORMULA]
где: [LATEX_FORMULA]\Delta r[/LATEX_FORMULA] – прирост прочности,
[LATEX_FORMULA]\Delta \tau[/LATEX_FORMULA] – 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.
Изменение скорости снижения прочности товарного бетона в зависимости от температуры и вида добавки
| С | 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 | - |
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 оMissing Mark : supС
Наибольшая скорость снижения прочности товарного бетона от выдержки наблюдается у контрольного состава (температура +20 оMissing Mark : supС), поскольку в составе отсутствует добавка пластификатор. При температурах выдержки 0 и +10 оMissing Mark : supС скорости близки, но выбиваются из общего ряда. Причиной меньшей скорости реакции при выдержке +10 оMissing Mark : supС по отношению к 0 оMissing Mark : supС 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:
[LATEX_FORMULA]\gamma =\frac{\frac{v_2}{v_1}\cdot 10}{t_2-t_1}[/LATEX_FORMULA]
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.
Температурный коэффициент реакции в зависимости от температуры выдержки и вида добавки
| С | -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 оMissing Mark : supС 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.