автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны с комбинированным заполнителем на основе портландцемента с расширяющими добавками

rv о-

e=r er О

ос

CS

а:

со

i_ -гг На правах pjtcoiihch

Q- rv

ЕФРЕМОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

БЕТОНЫ С КОМБИНИРОВАННЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА С РАСШИРЯЮЩИМИ ДОБАВКАМИ

Специальность 05. 23.05. - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов - на - Дону, 1997.

Работа выполнена на кафедре технологии вяжущих веществ, бетоно и строительной керамики в Ростовском государственном строительном

университете

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

В.А. Невский,

кандидат технических наук, доцент Г.В. Несветаев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Р.Л. Маилян,

кшщ>щат технических наук, ст.науч.сотр. Л.В. Чернов

Ведущая организация - АО "Спецстрои"

Защита диссертации состоится "2' декабря 1997 г. в 10. 00 ч. на за седании специализированного совета Д 063.64.01. в Ростовском государст венном строительной университете по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Со циалистическзя, 162, ауд. 232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

Б.В. Соболь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4етталы?оеп> работы

Одна из важнейших причин недостаточной долговечности бетона и железобетона связана с развитием собственных деформаций и внутри-структурных напряжений, возникающих на всех этапах твердения бетона на портландцементе и приводящих, в случае их высокой интенсивности, к образованию микро- и макротрещин в структуре бетона. Наиболее опасны деформации усадки. На ранних этапах формирования структуры (контрахцкмшая усадка) они предопределяют формирование дефектов в структуре твердеющего бетона, а в более поздний период (в основном алахснсстная усадка) способствуют развитию первоначальных, дефектов. В период эксплуатации при изменениях влажности и температуры, особенно сопровождающихся фазовыми переходами воды в порах бетона, создаются дополнительные поля деформации и напряжений, которые, суммируясь с внутрнструктурными, вызывают образование шверотрещин, развитие которых приводит к нарушешпо структурной целостности материала.

Для уменьшения негативных последствий собственных деформаций посредством их регулирования разработаны бетоны с компенсированной усадкой на основе расширяющихся (РЦ) и напрягающих (НЦ) цементов, применяемых как в виде цементов заводского изготовления, гак и расширяющих добавок (РД) к портландцементу при приготовлении бетонной :меси. В зависимости от количества РД различают цементы с малой энергией самонапряжешк, используемые для компенсации усадки бетонов и шфягагощие - для повышения трещиност'ойкостн и производства самона-тряженных железобетонных конструкций.

Эффект от использования комбинированного заполнителя, обнаруженный многими исследователями, проявляется в частичном снижении се-щментационных процессов, уменьшении дефектности, обусловленной лихротрещинообразованием в период твердения, повышением сопротив-

ляемости структуры затвердевшего бетона развитию трещин, т.е. способ» пуст, в общей случае, значительному повышению стойкости бетона к аты сфсрным воздействиям.

Учитывая положительный эффект от применения цементов с РД в ( тонах на плотных и пористых заполнителях и эффективность комбинир ванного заполнителя, следует считать актуальной постановку задачи 1 исследованию вопроса о введении расширяющих добавок в бетон на ко бшшрованиом заполнителе. Это позволит усилить эффект их воздейетта на структуру бетона и, таким образом, способствовать повышению долг печи ости бетона и железобетона.

Ислыо диссертационной работы является разработка критериев о тнмшации количества расширяющей добавки для компенсирования уса кн бетонов на комбинированном заполнителе и предложений по норм тивным и расчетным характеристикам основных показателей назначен! для производства гаделий и конструкций повышенной долговечности.

Для выполнения поставлешюй цели решаются следующие задача:

- определить влияние количества и вида расширяющих добавок I величины внутренней и внешней химической контракции твердеющих в жущих;

- изучить влияние расширяющих добавок на состояние и свойсп контактной зоны цементно-песчаной матрицы с различным заполнителей

- изучить кинетику собственных деформаций бетонов на комбинир« ванном заполнителе с расширяющими добавками в зависимости от усл( вин ограничения деформаций;

- исследовать основные свойства бетонов с комбинированным залоI пит слеп на основе цементов с расширяющими добавками в зависимости о условий ограничения деформации при твердении и разработать предлож< нин по их нормативным и расчетным значениям;

- изучить влияние некоторых производственных факторов на процес си уплотнения бетонных смесей.

Научная новизна работы:

- изучены закономерности развития общей и внешней контракции цементов с сульфоалюышгатными и сульфоферрипгыми расширяющими цобавками в количестве до 20% от массы портландцемента. Для оперативного определения оптимального количества расширяющей добавки при производстве бетоноп с компенсированной усадкой предлагается использовать величину относительной внешней хонтракции (отношение внешней шпракции цемента с расширяющей добавкой к внешней контракции портландцемента) в пределах 0,1-0,15;

- установлены зависимости величины остаточного расширения б стогов после стабилизации усадочных деформаций от вида и количества рас-лиряющей добавки, а также от вида и объемного содержания керамзито-зого гравия;

- изучено состояние и свойства контактной зоны цементно-песчаной матрицы с различными заполнителями. Установлено, что при взедении ¡ульфоашошшатной расширяющей добавки попытается однородность ггруктуры бетона на уровне матрица-заполнитель, что проявляется п сни-кении коэффициеягта вариации микротвердости до 3,5 раз, а для контактах зон в 2,1 -2,7 раза в зависимости от пористости заполнителя;

выявлены общие взаимозависимости свойств бетонов с коыпенси-юванной усадкой на основе портландцемента при введении различного ища расширяющих добавок и керамзитового гравия, которые могут быть [спользованы для нормативного обеспечения применения таких бетонов в различных областях строительства, где к железобетону предъявляются по-ышенные требования по долговечности в атмосферных условиях эксплуа-ации;

- выявлено влияние осевого и спирального армирования на процесс азвития собственных деформаций бетонов с комбинированным заполни-елсм при введении расширяющей добавки, а также на формирование их груктуры и свойств. Показано, что для обеспечения показателей назначе-

ния свободно твердеющего бетона на достаточном уроряе необхода обеспечить такие условия развития деформаций, при которых незавна от направления и способа их ограничения отношение деформаций бете при свободном (со) и упругоограниченном (су)таердении составляет 1 -н •

- получены новые эксперименталыше данные о морозостойкости тонов с комбинированным заполнителем при введении различного коли ства сульфоферрнтиой расширяющей добавки. Установлено, что в зав» мости от количества добавки и условий твердения возможно повышм морозостойкости бетона до 40% в сравнении с эталонным составом на м коалюыинатном портландцементе,

- установлено влияние расширяющей добавки на изменение удобоз ладываеыостн и уплотадемости бетонных смесей во времени. Показа; что несмотря на более короткие сроки схватывания цеметов с расширя: щими добавками, бетонные смеси с оптимальным количеством добав. обладают аналогичными портлавдцементньш свойствами.

Практическое зна«$е»»г н ввадрегеге г-«Ультатол работы:

- разработаны критерии и способы определения оптимального кол чества расширяющей добавки, достаточной для получения бетонов с ко пененрованной усадкой на комбинированном заполнителе при проюво, стве бетонных и железобетонных изделий;

- установлено, что введение расширяющей добавки незначитслы повышает уровень длительной прочности и обеспечивает более интенси ное нарастание прочности в длительные сроки, что может быть учтено пр проектировании конструкции. Повышение однородности результатов и лыташш прочности на растяжение позволяет принимать нормативные расчетные сопротивления Рч<, К^ с коэффициентом 1,05;

г

- показано, что расчет модуля упругости бетонов с комбинироваг ным заполнителем и расширяющимся цементом может проюводиться п известным формулам с введением коэффициента К р, учитьшающего уел с

вия ограничения деформации при твердении в направлении оси определения модуля упругости (К// = 0,9-1,2);

- установлено влияние рационального количества расширяющей добавки на повышение величин предельной сжимаемости (на 10 -15%) и растяжимости (на 20 - 25%) бетонов с комбинированным заполнителем;

• предложены рациональные составы бетонов с компенсированной усадкой на комбинированном заполнителе для производства конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по долговечности в атмосферных условиях эксплуатации (плиты мощения, тротуарная плитка, камни бортовые дорожные, аэродромные плиты, мостовые конструкции и т.п.).

Досттжряогп. исследований обеспечена использованием действующих государственных стандартов и поверенного оборудования при испытании материалов, методов математического планирования нсследовшшй и обработки экспериментальных данных, современной вычислительной техники и программного обеспечения, количества контрольных образцов -близнецов, обеспечивающего доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%, а также использованием комплекса современных физико-химических методов исследований: ДТА, РФА и оптической микроскопии.

А агор З18ищ8«т

- особенности влияния вида и количества расширяющей добавки на кинетику и величины внешней и общей контракции цементов;

- результаты исследований кинетики собственных деформаций бетонов с расширяющей добавкой на комбинированном заполнителе;

- результаты оценки микротвердости и пористости цементно-несчаной матрицы, а также контактной зоны с различными заполнителями при введении расширяющих добавок;

- результаты комплексных исследований показателей назначения бетонов с комбинированным заполнителем на основе цементов с расширяю-

щими добавками в зависимости от условии ограничения деформаций п] твердении;

- результаты оценки влияния временных факторов на условия упло нения бетонных смесей с расширяющими добавками на комбинирование заиолшггеле.

Ап^эдбациа работы н птйтаисяцмн

Диссертационная работа выполнялась в период с 1994 по 1997 г.» кафедре технологии вяжущих веществ, бетонов н строительной керамю Ростовского государственного строительного университета. Материал диссертации докладывались и обсуждались на:

- международной научно-техшпеской конференции "СЦ«{»<лтивнь технологии и материалы доя стеновых и ограждающих конструкций". Ро< тов-на-Дону, 1994 г.;

- международной научно-практической конференции. Росгов-ш Дону, 1997г.

- региональных научно-технических конференциях Ростовской-ш Дону государственной академии строительства ( 1994 -1997 г.).

Основные положения д иссертации опубликованы в 6 работах.

Структура н объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списк литературы и приложений. Она содержит 220 страниц, 84 рисунка, 35 таб лиц, 166 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В перкой глевг дается краткий обзор литературы по теме диссерта ции. Отмечено, что внутриструктурныс напряжения и деформации, возни каюшпе и процессе твердения портландцементного бетона, складываюто из деформаций пфиодов структурообразоваиия и эксплуатации и являют

ся, в раде случае®, одной го существенных причин недостаточной долговечности бетонных и железобетонных конструкций.

Расширяющие добавки и вяжущие, применяемые для устранения последствий усадочных деформаций в бетоне, в последнее время являются предметом пристального внимания в наглей стране и за рубежом. Разработкой теоретических и практических основ применения расширяющихся вяжущих занимались И. Аренде, В.Бикенбах, П.П. Буднихов, А.И. Звездов, И.В. Кравченко, Т.В. Кузнецова, СЛ. Л?ггвер, А. Лосье, В.В. Михайлов, О.П. Мчедпов-Петросян, А.И. Панченхо, П.А. Ребивдер, Б.Г. Скраытаев, Э.З. Юдович и другие. Наибольшее распространение в практике строительства получили расширяющиеся цементы на сульфоалюминатной основе, изготовляемые в заводских условиях или в результате механического смешивания портландцемента и расширяющей добавки (РД) в процессе приготовления бетонной смеси.

Одним из перспективных направлений повышения долговечности бетона при физических воздействиях внешней среды является применение комбинированного заполнителя. Исследованию в этом напр аиле» жн посвящены работы В.В. Бабкова, С.А. Капитонова, М.П. Комохова, В.А. Невского, В.П. Петрова , Г.А. Ткачеико, Я.И. Фр"«селя, и других.

В результате выполненных исследовашиЧ установлено, что примене-1ше хах цементов с расширяющими добавками, так и комбинированного заполнителя позволяет направленно регулировать напряженно-деформированное состояние матрицы и контактной зоны в периода формирования структуры и эксплуатации. При этом ранее проведение исследования не затронули их совместного влияния на формирование структуры и свойств таких бетонов.

Улучшение стройтельно-технических свойств бетона возможно за счет изменения напряженно-деформированного состояния матрицы и контактной зоны посредством применения расширяющих добавок для регулирования общей и контракционной усадки, а также частичного снижения

ссдиментационных процессов, улучшения алажностного режима твердения и обеспечешш демпфирующего эффекта вследствие частичной замены плотного заполнителя пористым.

Во второй главе приводятся характеристики используемых в работе материалов и метода оса исследований. Для приготовления бетонов на смешанных вяжущих были использованы бездобавочный портландцемент Старооскольского завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178 (СТ СЭВ 56830), сульфоалюминатная РД на основе глиноземистого цемента и двуводного гипса и сульфоферритная РД, бетоны на основе которой к настоящему времени изучены недостаточно. Их приготовление осуществлялось путем перемешивания с доиолом компонентов в шаровой мельнице. Содержание РД устанавливалось в соответствии с планом исследований либо для обеспечения самонапряжения, либо для компенсации усадочных деформаций.

В качестве заполнителей использованы керамзитовый хравнй Ростовского завода легких заполнителей фр. 5-10 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 9757-90 (СТ СЭВ 5446 - 85), щебень нз природного каши по ГОСТ 8267, песок по ГОСТ 10268.

Измерение химической контракции прошводшгось по предложенному А.И. Палченко методу, позволяющему измерять как общую, так и внешнюю контракцию при твердении цемента. Показатели назначения бетонов определялись по стандартным методикам. Обработка данных и получение эмпирических функций выполнялись методами математической статистики. При изучении влияния условий ограничения деформаций при твердении изготавливались образцы размером 10 х 10 х 40 см без арматуры, а также со стержневой осевой (ц = 1%) и спиральной арматурой (ц = 0,142%).

В третьей главе изложены результаты исследования процессов химической контракции, химического расширения и влажностной усадки, а также влияния их на структурообразование и стойкость бетона на основе

портландцемента н цементов с РД на основе сульфоалюнинатов и сулъфо-феррнтоз хальцкя в холнчестве от 8 до 20% от массы портландцемента. Установлено, что величина относительной внешней контракции, под которой подразумевается отношение величин внешней контракции цемента с РД и исходного портландцемента, определяется только вином расширяющей добавки и, для сулъфоалюиннатной РД практически не зависит от исходного ПЦ, рекомендуемого для производства расширяющихся цементов, в связи с чей мозеет быть использована в качестве критерия для определения оптимального содержания РД в составе вяжущего (рис.1).

«э 1 га

I* га

?! *

5 ^ 21

1 -21 -О

*

*

-1— й Гч

Сэд^ажЯР* ряяяярзиыфЯ ЛС&ВШ, %

фст мвта__

0ЯЭ урвали А-И* кэкашв д гв вхзвт капала

Рис. 1. Пгашше содержания расширяющей добавки на ве-лнчину относительней внешней контракции.

1-сульфоалюмннатная расширяющая добавка

2-сульфоферр1гтная расширяющая добавка

Введешь сульфоферритнон расширяющей добавки для снижения внешней котрякщш свыше 8% не эффективно, а применение 10 - 12% сульфоалгоыинатнон расширяющей добавзи позволяет получать практически нулевые значения внешней контракции. Тагам образом, изменяя количество и вид расивгряющей добавки, можно регулировать процессы расширения и структурообразования расширяющихся цементов и бетонов на чх основе, меняя налряясишо-дефорыированное состояние матрицы и самого бетона в процессе твердения.

В условиях с относительной влажностью среды менее 100% бетон испытывает собственные деформации влаяностной усадки, даже небольшая зеличнна которых приводит к появлению внутренних напряжений. Проблема влажноспюй усадки и возникающих при этом напряжений из уча-

ласт. C.B. Александровским, ОЛ. Бергоы, Г.И. Горчаковым, РЛ. Маипя-ноы, З.Н. Ципос&ни, А.Е. Шейкиныи и др.

Исследования влияния количества и вода керамзитового гравия н условии ограничения деформации при таердсгаш на развитие процессов расширения и усадки бетонов с "компенсированной усадкой" показали, что величина остаточного расширения (е«т) бетонов после стабилизации усадочных деформаций зависит от вида и количества расширяющей добавки, а также от вида и объемной концентрации керамзитового гравия. Бетоны с компенсированной усадкой (остаточное расширение до 0,18 ии/и) были получены при содержании 10% сульфоалюыинатной и С% сульфоферрит-нои РД, что соответствует величине относительной внешней котракцни 0,1 - 0,15. Это позволяет рекомендовать такую величину относительной внешней контракции для оперативного определения оптимального количества РД при производстве бетонов с компенсированной усадкой.

Таблица 1

Влияние содержания расширяющей добавкн на свойства контактной зоны

ХАРАКТЕРИСТИКА пц ИЦ + 10% ПЦ + 20 %

Проншскввснвс растворной иагркды г хсрамэвт, uni 0,09-0,1 0,32 - 035 0,2-0,3

Мшшхаиьнос расстояние пеечннги от зерна г ер аканта, им >0,1 0,03-0,1 0,04-0.1

Средняя икхроТБсрдэсгь матрицы, МПя Коэффпднсят ггрницш микротвердостн, % 3296 v = 49,4 5541 v = 14,6 4754 v = 184>

Средняя ыкгротвердость К.З. с кераюятои, МПа Коэффициент яарвадаа шггротгсрдостп, % 2120 v = 41,4 5985 » = 15.6 5334 » = 183

Средняя ыыротвердость КЗ. с югестагком, МПа Коэффициент ирнздаа шгкроткердостн, % 2578 v = 29 4932 v = 22^ 3790 » = 13,7

На основании исследований микротвердостн цементного камня и контактных зон с крупным заполнителем получены данные (табл. 1), под-

тверастающнс полошггсяьную роль РД в формировании малодефехпюй струггуры бетона в системах "пористый заполнитель - цементно-песчаная патрица"; "плотный заполнитель - цеыстгтно-песчаная матрица" и "цементный камень между зерна ни крупного заполнителя".

При введении РД повышается однородность структуры бетона на контакте "патрица - заполнитель", что проявляется в опасении коэффициента вариации мгасротвердости до 3,5 раз, а для контактных зон с керамзитом - до 2,7 и гавеспотсом - до 2,1 раза. Повышение качества коотахтных зон как на границе с пористым, так и с плотным заполнителей объясняется оотженнем величины внешней контракции цементов с РД в сравнении с нортландцементоы. У бетона на портландцементе отмечается снижение шосротаердостн цементного канш н ютнтахтных зон, а также большая величина внешней усадки, что привело к возникновению усадочных трещин в бетоне, который в течение года находился в атмосферных условиях. В бетонах с 10 и 20% расширяющей добавки к этому же сроку усадочные трещины при изучении шлифов с увеличением X 150 не наблюдались.

В четЕС!этсГ» глава приводятся результаты оцешет прочностных характеристик бетонов с РД на хокбшмровашюы заполшггеле. Показано, что предел прочности при сжатии в марочном возрасте повышается при введении оптимального количества РД в пределах 2 - 10% в сравнении с портлавдценеяткьщи бетошшн.

Рост прочности бетонов на комбинированном заполнителе после окончания влажностного ухода в условиях сухой жаркой погоды с обеспе-чегаюстью 0,95 описывается зависимостью:

Rt = Ку Ra схр (S(l-V2l/r )), (1)

где Ra - прочность бетона после 28 сут. твердения в нормальных условиях, МПа;

S - коэффициент, соответственно равный 0,185; 0,35; 0,19 для бетонов на ПЦ; ПЦ+10% РД (сульфоалюминатной); ПЦ+20% РД (сульфоалгошшатной);

К, - коэффициент, принимаемый в зависимости от количества РД в цементе и относительной прочности доспят гутой к моменту охонча-ши влажностного ухода, по табл. 2; х - время твердения, т > 28.

Таблица 2

Значения коэффициента Ку в формуле (I)

Отосягашшя прочность к моменту охон-чгкпз ухода % Количество РД (сузьфоггззшшшюй) в цеыетге, %

0 19 20

50 0,*5 0,165 0,65

70 0,90 0,92 0,54

£0 0,92 0,54 0,93

85 0,93 0,95 0,97

100 0,95 0,97 МО

Для соотношения мезщу кубнховоы и призмошой прочностью таких бетонов с комбинированным заполнителей и РД можно рекомендовать зависимости, предлагаемые СНнП для бетонов на портлацдценезгге.

Введение РД в бетон с комбинированным заполнителем практически не влияет на предел прочности бетонов при растяжении, который монет быть удовлетворительно описан уравнением типа: Ш = 0,264 Я0-6. Однако при одинаковой прочности на сжатое однородность результатов прочности на растяжение у бетонов с РД в 1,8 раза выше, чем у бетонов на портландцементе. Учитывая повышенную однородность бетонов с оптимальный содержанием РД, нормативные сопротивления для них могут быть приняты выше (до 5-8%) в сравнении с портлшщцеыснтньшн бетонами, что рекомендуется с обеспеченностью 0,95 учитывать при проектировании, умножением на коэффициент 1,05.

г

При изучении предела прочности бетонов с юшбшшроваипым заполнителей и РД на растяжение при изгибе (Ш) установлено, что введение расширяющей добавки в количестве 20% не эффективно в бетонах ниже класса В50. При 10% расширяющей добавки для расчета ЯГ рекомендуется

применять стандартные формулы. Комбинированный заполнитель, содержащий 10 - 25% (от объема крупного заполнителя) керамзитового гравия марта по прочности П150, повышает прочность при ютибе на 10 - 20%.

Отмечено, что упругое ограничение деформаций при твердепш бетонов с расширяющей добавкой приводит к уплотнению н повышению однородности структуры (рис.2).

1.1-V»

*

■

м-

цм да

1*5

I'

1.21 \

<

0

•

» *

1.1

1.13 2Д 3,3* 4.И Егя/^г

г

4Я

Рис. 2. Влияние ограничения дефорыацин при твердении на харахтсриспжи бетонов с пткоиодульньти включениями при введении 20% расширяющей добасгн

Для получения максимально плотной структуры свободно твердеющего бетона следует применять составы РД, обеспечивающие соотношение свободных и связанных (спиральное армирование) деформаций (ее. / еу ) в интервале от I до 3, что согласуется с ранее полученными данными по показателю деформаций при осевом армировании (/1=1%) и тепловой обработке. В связи с чем для обеспечения показателей назначения свободного твердеющего бетона на достаточном уровне необходимо обеспечить такие составы РД н условия развития деформаций, при которых отношение деформаций бетона при свободной (со) и упругоограннченнои (еу)твсрдешш составляет 1 -г 3, независимо от способа ограничения развитая деформаций.

Согласно СНиП 2.03.01. - 84 модуль упругости (Ео) напрягающнз бетонов, состав которых подбирается по требуемому самонапряженшо меньше чем кодуль упругости обычных бетонов на ПЦ такой ке прочности, что рекомендуется учитывать коэффициентом р = 0,56 + 0,006 В, где Б - класс бетона по прочности на сжатие. Однако Ео цементного каш« с расширяющей добавкой лежит в области значении этой величины для портландцементов, известной к настоящему времени, & значения модуля упругости бетонов с комбинированным заполнителей при введении РД практически одинаковы со значениями модуля упругости бетонов на ПЦ. Модуль упругости может быть определен но формуле (2):

* 1-29/(3,8 + Прг)' v '

где Кц - коэффициент, учитывающий условия ограничения деформаций при твердении относительно оси определения Ео (0,9 при спиральной армировании; 1,1 - при осевом р=1% и 10% РД; 1,2 - при осезок и 20% РД);

К. - коэффициент, учитывающий модуль упругости крупного заполнителя, в том числе пористого (К, = 0,6 + I,36);

К» - коэффициент, учитывающий концентрацию крупного запошш-теля, в том числе пористого (К, = 0,96 -ь! ,04).

Бетоны с расширяющей добавкой обладают более высокой дефорыа-тнвностыо по ср&внешш с бетонами на портландцементе той же прочности. Относительные деформации, соответствующие пределу кратковременной прочности при сжатии (далее - предельная сжимаемость) бетонов с комбинированным заполнителем на портландцементе, изменяются в интервале 136 * 204*10 5, а при введении 10 и 20% расширяющей добавки в пределах 160+220* 10"5и 165*220»!О-5(рис.3) согласно зависимости:

еа = а (II / ЕоУ5-5, (3)

где а = 0,054 для порггхандцемситных бетонов и 0,057 для бетонов с

РД-

пСас£эднэ»тгаяг»я» оСп^ягыквержровгм» я СкДои ше I

Рис. 3. Зависимость величины предельной сгашаемости от содержания и вида расширяющей добавки в бетоне на комбинированном заполнителе:

1,2 - бетон с сульфоагоэминатной РД; 3 - бетон с сульфоферрнгаон РД

Значения величин предельной растягошостн в зоне образования трещины пертгаддцекентных бетопоз с комбинированным ззполгагтелстл изменяются в интервале от 17*105 до 29*10-5 , введение 10% РД повышает эти дефорнашш до 20* 10-5 * 34* I О"5, а 20% РД - до 20* 10-5 ч- 40* 10"5. Таким образом, с введением РД предельная растяжимость возрастает в среднем на 20 - 25% (рис. 4).

Е7Я ш !. .-Д Щ (а»?'

0 10 20 КаявчмтееРД %

Рис. 4. Зависимость предельной растяжимости от содержания сульфоалюминатпой РД в бетоне на комбинированном заполнителе

Отмечено, что при совместном введении в бетон расширяющей добавки и керамзитового гравия повышается уровень нижней (R°or) и верхней (Rvoc) параметрических точек. При одинаковой и даже меньшей, в сравнении с портлацдцементным бетоном, прочности (Rpr) введение расширяющих добавок в количестве до 20% повышает уровень R'^ H R*OT до 17 н 10% соответственно. Ограничезте деформаций при твердении дополнительно повышает до 25% уровень нижней и до 11% верхней параметрических точек, в связи с чей такие бетоны иохут обладать более высокой прочностью сак при статическом, так н при динамическом нагрухешш.

Известно, что относительные деформации ползучести как при уровне нагрухсения û,5R, так и при уровне 0.8R в бетонах на расширяющемся цементе несколько выше, чем в бетонах на портландцементе, что связано с большей величиной деформации быстронлтеггающей ползучести таких бетонов. Исследование величины коэффициента упругости (X*) при сжатии для бетонов с низхоыодульиьши включениями показало, что дня равнопрочных бетонов владение раашфязшца! добавки апшает значение Xr до 11% в сравнении с портлацдцемапньш бетоном. Значения меры ползучести для бетонов с комбинированным заполнителем при введении РД ле^сат в области значений, рекомендованных НИИЖБ и СоюзДорНИИ. Уровень длительной прочности бетонов, твердеющих в условиях ограничения деформаций, несмотря не некоторое повышенна ползучести, незначительно повышается в сравнении с портлацдцементным бетоном.

При благоприятных условиях твердения морозостойкость бетонов с сульфоферритной РД повышается в 1,4 раза, в сравнении с портлацдцементным бетоном. Это согласуется с литературными данными дня НЦ на сульфоалюыинатно.й основе, применение которого повышает морозостойкость бетона в средней в 1,6 раза (при диапазоне 1,1 - 2,26).

Улучшение качества структуры бетона при введении РД отражается на трещиносгойкости, оцениваемой по величине критического коэффици-

стгга интенсивности напряжений Юс (рис. 5). Менышш эффяпг был отмечен при введашн расширяющих добавок в количестве 16 и 20%, что объясняется значительной величиной расширения, которая приводит к некоторому разуплотнению структуры.

«13 123 IÎ3 1ÎS

ПЦ ПЦ+10%РД ПЦ+20%РД ПЦ+1б%РД (СА) (СА) (СФ)

Рис. 5. Влияние количества и вида расширяющей добавки на критический коэффициент гаггенснвносш напряжений (sjc) мелхазернистного бетона

Условия эксплуатации:

1- нормальные условия (^-20°С; г? ~ 50%) даа месяца;

2- атмосферное вьщеринваиис (зталь 1996 - январь 1997 г .г.);

3- после 50 щтгов заморагявания-отггквзния при t=-20° С в 5% растворе NaCI.

В гкпге-З глазе показано, что бетонные смеси из ценя пах с оптимальным количеством расширяющих добавок на комбинированном заполнителе относятся по сохраняемости к классам С2 - СЗ, обладают достаточной удобоухладызасиостью и уплотнаемостью в течение часа, что обеспечивает возможность изготовления бетонные и железобетонных изделий и конструкций в заводских условиях. Выдергивание бетонной смеси на цементах с расширяющей добавкой и комбинированном заполнителе перед уплотнением в течение этого времени повышает прочность при сжатии бетонов на основе портландцемента на 22 %, а при введении РД 27 -¡- 35%, в зависимости от вида добавки; прочность на растяжение повышается в бе-

тонах на основе портландцемента на 11%, а при введении 10% РД - на 18%. При этом открытая пористость бетонов с РД уменьшается до 27%.

Повторное вибрирование, в том числе неоднократное в течение часа, бетона с комбинированным заполнителей при введении 8% расширяющей добавки на основе сульфоферритов кальция повышает прочность при сжатии до 25%, прочность при растяжении до 37%.

В п'гггой главе обоснована целесообразность использования бетонов с комбинированным заполнителей на основе портландцеыеггга с расширяющими добавками для повышения долговечности бетошшх изделий для дорожного строительства. Проведенные на предприятии АО "Спецстрой" испытания опытных конструкций (камень жслезобстошый бортовой БР 300.30.15.) показали, что они удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов и технических условий.

Основные еызэдел

1. Получены корреляционные зависимости между основными показателями назначения н пределом прочности бетонов при сжатии, позволяющие разработать систему нормативного обеспечения для проектирования конструкций повышенной долговечности из бетонов с комбинированным заполнителем на основе портландцемента с суяьфоалкшинатной и суль-фоферритной расширяющими добавками.

Бетоны повышенной стойкости характеризуются В/Ц = 0,4 - 0,45 при содержании вяжущего в пределах 400 - 440 кг/м3, в том числе 8 - 12% РД; содержанием керамзитового гравия фракции 5 -10 мм марки по прочности II 150 в пределах 20 -г 25% от объема крупного заполнителя.

2. Остаточное, после стабилизации усадочных процессов, расширение бетонов в пределах 0,1 - 0,18 мм/м обеспечивается при величине относительной внешней контракции (отношение внешней контракцией цемента с расширяющей добавкой к внешней контракции портландцемента) в преде-

лах 0,1-0,15, которая обеспечивается при введении 30% сульфоалкшплатной и 8% сульфофсрритной расширяющих добавок.

3. При введении оппшальпого коянпестпа расширяющей добавки мифотвфдость цаяептно-песчаной матрицы в сравнегапт с бетоном на портландцементе повышается в 1,68; контактной зоны с керамзитом - в 2,5; с плотным заполнителем - в 1,47 раза.

Повышается однородность структуры, что подтверждается уменьшением коэффициента вариации показателя ышсротвердости: матрицы в 3,5 раза; контактной зоны с керамзитом - в 2,7 и с известняком в 2,1 раза.

4. Введение оптимального количества расширяющей добавяи обеспечивает повышение предела прочности при сжатии до 8%, и гаратггнрован-ное повышешге прироста прочности при длительном твердении з 1,07 раза в сравнении с портлавдцеиентньш бетоном, а тагсхе снижает коэффициент вариации прочпости при рэстяяенш;, в связи с чем значения ^, следует принимать с коэффициентом 1,05. Повышение предела прочности при гапгбе до 20% отмечается в бетонах классов В 50 н выше.

Соотношение мсгщу кубнжовой и призиегаюн прочностью следует пршашать по известным для портлапццемситпых бетонов зависимостям.

5. Продолзл ттсяыеость предварительного выдерживания бетона в нормальных условиях при введении оптимального количества расширяющей добавки (8-10%) мояет приниматься тахой же, как для бетонов на портландцементе, а при повышении дозировки до 20% - должна обеспечивать достижение не менее 80% от марочной прочности.

6. Модуль упругости бетонов с расширяющей добавкой и комбтш-рованньш заполнителем, твердеющих в условиях свободного развития деформаций, соответствует значениям модуля упругости равнопрочного бетона на портландцементе.

При определении модуля упругости в направлении ограничения развития деформации при твердении отмечается его повышение до 20%, а при определении в направлении, перпендикулярном ограничетсо развития де-

формаций при твердении, отмечается снняснне модуля упругости до 10% относительно его величины в условиях твердения без ограничения деформаций.

7. Применение расширяющих добавок обеспечивает повышашс относительной деформации, соответствующей пределу кратковременной прочности на 10-20% при окатал и «а 20-25% при распвЕа&ш в сравнении с равнопрочным портландцемеитным бетоном. Более высокую деформа-тивность обеспечивает сульфофсрришая расширяющая добавка.

8. Приыененнс расширяющей добавки в бетонах с комбинированным заполнителем обешечнваст повышашс икгней границы микротрещино-образозакня на 17%, верхней границы - та 10%. При твердении в условиях ограничения деформаций указанные характеристики дополнительно возрастают на-25 % и 11 %, соответственно.

9. Применение расширяющей добавки в бетонах с комбинированным заполнителем обеспечивает незначгггелькос повышение ползучести в сравнении с равнопрочными бетонами на портландцементе, но величина меры ползучести соответствует рекомендованным НИИЖБом и СоюзДорНИИ значешism.

10. Введение 8-10% расширяющей добавки при оптимальных условиях ограничения развития деформаций повышает морозостойкость бетонов до 40% и стабилизирует значения критического коэффициента интенсивности напряженны (Ки) при неблагоприятных воздействиях внешней среды на начальном уровне, в то время как у бетонов на портландцементе в аналогичных условиях значения Ки снижаются в 1,3 раза.

11. Оптимальные условия формирования структуры бетонов с расширяющей добавкой должны обеспечивать соотношение свободных (еоО и уп-ругоограниченных (еу) деформаций в пределах 1 -г- 3 независимо от способа ограничения развития деформации. При Бсг/% > 3 отмечается снижение показателен назначения бетонов свободного твердения.

12. Бетонные снеси на цементах с расширяющими добавками на комбинированном заполнителе относятся по сохраняемости к классам С2 - СЗ. Выдершпшше бетонной смеси на цементах с расширяющей добавкой и комбинированной заполнителе в течение одного часа перед уплотненней повышает предел прочности при сжатии до 27 % для сульфоалюмннатной расширяющей добазки и до 35% - для еульфоферритной. Предел прочности при растлении повышается в 1,18 - 13 раза соответственно. Открытая пористость уменьшается на 25 - 27%.

Повторное вибрирование, в том числе неоднократное в течение часа, бетонной смеси с комбинированным заполнителем и 8% еульфоферритной расширяющей добавхи не ухудшает показателен назначения бетоноп.

13. Проверка• эффективности предложенных рекоые11даций на предприятии АО "Спецстрой" показала возиояность их осуществления дня производства изделий для дорошюго строительства без существенной реконструкции существующего производства.

Оетвкга» ргзу^таты даеегртыгзз езуйлгзееггмл в «лздугзт^тг

работах:

1. Несвстасз Г.В., Коробиш А.П., Ефремова ИЛ. О повышения гре-пошостойзсостн бетонов с компенсированной усадаон // Строителыпае конструкции, материалы и методы производства работ, - Ростов-на-Дону, ¡996. - С. 26-29.

2. Ефремова И.А. О некоторых свойствах бетонов с компенсированной усадкой, содержащих низкоыодульные включения // Новые нсследова-ш!я бетона и железобетона: Сб. науч. тр. СггнсавНИПИгтрощнш. - Ростов-на-Дону, 1997. - С. 38-40.

3. Ефремова И.А. Тсхнолоптсесснс езойстза бетонных смесей на рзз-номодульноы заполнителе и цементах с расширяющими добавками // Материалы международной научно-практической конференции: Тез. дохл. -Ростов-на-Дону, 1997.- С-. 24.

4. Ефремова ИЛ, Вартанова В.Н. К вопросу о применении ншхош дульных включений в бегон // Новые исследования бетона и железобетон Сб. науч. тр. СавсавНИПИахропроы. - Ростов-на-Дону, 1997. - С. 34-37.

5. Невский В А., Ефремова И .Л. Собственные деформации бетона н разноиодулыюм заполнителе и цементах с расширяющими добавками MaTcpitaiuj международной научно-практнчеосой конференции: Тез. доза - Ростов-на-Дону, 1997. - С. 17-18.

6. Айралетов ГА., Несвегаа» Г.В., Вартанова В Л., Егорочкииа И.О Ефремова И Л. Способ определения модуля упругости заполнителя. Заявк № 96116367. Решение о выдаче патента от 7 нюня 1997 г.

JIP 020818 от 20.09.93. Подписано в печать 14.10.97. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Ксерокс. Уч. - изд. л. 1,0. Тираж 90 экз. С. 266

Редакционно - издательский центр Ростовского государственного строи тельного университета.

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.