автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние суперпластификаторов на деформативные свойства бетонов

У

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им.В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ИСАЕВ Мирамбек Мырхиевич

УДК 666.972.16

ВЛИЯНИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ДЕФОРЫАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ

05.23.05 - Строительные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

>^ Москва - 1990 г.

Работа выполнена на кафедре "Технологии вяаущих веществ и бетонов" Московского инженерно-строительного института им.В.В.Цуйбышева

Научный руководитель:

профессор,доктор технических

наук

Б.М.БАЖЕНОВ

Официальные оппонента:

профессор.доктор технических наук Б.А.КРЫЛОВ

наук

кандидат технических наук доцент 0.В.КУЛЬКОВ

Ведущее предприятие - НПО "Мосстройпрогресс" Защита состоится п3 " 1990 г. в /Г часов

на заседании специализированного Совета К 058.11.02 при Московском инженерно-строительном институте им.В.В.Куйбышева по адресу: г.Москва, Шлюзовая набережная, д.8, аудитория №

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв в двух экземплярах по адресу: 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д.26, МИСИ им.В.В.Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета доцент,к.т.н.

Э.Г.Мурадов

а... - ■ ■•'г! Общая характеристика работы

т

иссертациАктуальность работы. Дальнейший прогресс технологии бетона

и железобетона сегодня справедливо связывают с разработкой и внедрением комплексных химических добавок. По существу речь идет о химическом управлении свойствами и технологией бетона. Введение в состав бетонной смеси небольшого количества различных химических добавок позволяет в широких пределах изменить ее реологические свойства, прочностные и эксплуатационные характеристики бетона и железобетона.

За последние годы в СССР и за рубежом интенсивно развиваются исследования и расширяется практическое использование новых, весьма эффективных синтетических химических добавок в бетон, получивших название "суперпластификаторы". Применение этих добавок в бетонах создает целый ряд преимуществ технического, экономического и социального характера по сравнению с традиционной технологией. Для более глубокой оценки эффективности суперпластификаторов в технологии бетона имеет большое значение изучение их влияния на деформативные свойства, ползучесть и усадку бетона. Анализ литературных данных показывает на отсутствие единого мнения по этому вопросу. Поэтому с целью уточнения механизма действия различных суперпластификаторов необходимо проведение комплексных физико-химических исследований с применением цементов с различными минералогическими составами, с тем, чтобы получить сравнительные результаты по де-формативным характеристикам бетонов без добавок и с суперпластификаторами "10-03", "40-03","50-03" и "С-3" представляющими разные группы суперпластификаторов. Установить влияние каждого суперпластификатора на деформативные свойства бетона, с тем, чтобы разработать и предложить состав комплексной химической добавки на основе суперпластификаторов для изменения при необходимости в нужном направлении.деформативных характеристик бетона. Работа выполнена по плану НИР ШСИ им.В.В.Куйбышева в соотвест-вии с общесоюзной научно-технической программой 0.40.0.35.03 "Разработать и освоить составы и технологию изготовления универсальной комплексной химической добавки для, производства сборного железобетона на цементах различного минералогического состава^' гос.регистрации 01.82.3058873). Цель и задачи диссертационной работы:

Основной целью настоящей работы было на основе сравнитель-

ных результатов по деформативным характеристикам бетонов без добавок и с различными суперпластификаторами установить их влияние на деформативные свойства бетона с тем, чтобы правильно прогнозировать эти свойства и при необходимости изменять их в нужном направлении за счет вновь разработанных комплексных добавок.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- исследование влияния суперпластификаторов на первоначальную усадку бетонной смеси;

- изучение влияния суперпластификаторов на деформативные характеристики бетонов на основе различных цементов;

- разработка комплексной химической добавки на основе суперпластификаторов, позволяющей регулировать деформативные свойства бетонов, и метода оптимизации ее дозировки в зависимости от характеристики применяемых цементов;

- изучение физико-механических характеристик бетонов с предложенной добавкой с целью определения области их рационального применения, а также сохранности стальной арматуры в бетоне с добавкой;

- осуществление опытно-промышленной проверки результатов исследований при заводском производстве, а также проведение технико-экономического анализа для оценки эффективности производства конструкции из бетонов с предложенной добавкой.

Научная новизна работы заключается в дальнейшем развитии основных положений технологии бетона с полуфункциональной синтетической олигомерной добавкой применительно к тяжелым бетонам с улучшенными строительно-техническими свойствами. Изучены влияния суперпластификаторов на деформативные свойства бетонов на основе различных цементов, определены оптимумы по содержанию для каждого суперпластификатора, при котором бетоны имеют максимальную среднюю плотность и прочность и минимальные значения деформации усадки и ползучести.Разработана методика регулирования усадки и деформативных свойств бетона путем изменения его структуры за счет введения комплексных химических добавок.

Практическая значимость: в результате проведенных исследований предложены добавки для регулирования деформативных свойств бетона, защищенные авторскими свидетельствами, и разработаны оп-

тимальные составы бетонов с комплексными химическими добавками на основе суперпластификаторов, позволяющие регулировать деформативные свойства бетонов, применяемых для изготовления преднапряженных конструкций. Разработанные составы бетонов . с - предложенной добавкой успешно опробованы на одном из предприятий в/ч 89515, где была выпущена опытная партия аэродромных плит ПАГ-12К. Экономический эффект от использования предложенного состава бетона по сравнению с заводским составил 4,75руб/м®

Материалы диссертации защищены авторскими свидетельствами СССР № 1239116, № 1381098.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 141 наименования и акта о производственном выпуске опытной партии железобетонных конструкций.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований изучения влияния суперпластификаторов "10-03", "40-03","50-03" и "С-3" на первоначальную усадку бетонной смеси;

- сравнительные результаты деформативных характеристик бетонов без добавки и с суперпластификаторами "10-03","40-03", "С-3" на основе различных цементов;

- состав комплексной химической добавки на основе суперпластификаторов, позволяющей регулировать деформативные свойства бетонов;

- результаты исследования структуры и физико-механических свойств бетонов с предложенной добавкой;

- опытно-промышленная проверка основных результатов и их технико-экономические покзатели.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены практическая и научная значимость результатов.

Глава "Основные направления применения химических добавок в технологии бетонных работ и задачи исследования" посвящена обзору и анализу последних достижений в области применения химических добавок и цементным системам.

В мировой строительной практике используются более 300 видов химических добавок различной природы для придания строительным смесям, в том числе и бетонам заданных свойств, их

улучшения, экономии вяжущих веществ.

Из большого многообразия применяемых решений для детального анализа выбраны вопросы модификаций цементных систем и бетонов с помощью ПАВ и комплексных добавок на их основе.

Из отечественного и зарубежного строительного опыта известно, что введение в бетонные смеси добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволяет направленно воздейсвоватъ на технологические свойства бетонной смеси и физико-технические свойства бетона.

Внедрению ПАВ в строительном производстве в значительной степени способствовали работы акад.П.А.Ребиндера и его школы по физико-химии поверхностных явлений. П.А.Ребиндер указывал, чтоПАВ, адсорбируясь на поверхности цементных частиц и новообразований, способствует возникновению относительно мелкокристаллической высокодисперсной структуры цементного камня и соответственно понижает скорость роста граней кристаллов новообразований, при сохранении той же кристаллической решетки. Кроме того, адсорбционные пленки на поверхности частиц сильно замедляют процессы гидратации и гидролиза цемента в их начальной стадии. Относительная роль каждого из этих воздействий определяется химической природой и физико-химической активностью применяемой добавки и ее количеством в воде затворения. В практике отечественного строительного производства накоплен значительный опыт применения пластификаторов ССБ и СДБ. Обе добавки оказывают одинаковое пластифицирующее действие на бетонную смесь.

В работах Ю.М.Бутта, Т.М.Берковича, Ц.Г.Гинзбурга, В.С.Гладкова, Л.А.Ыалининой, С.А.Миронова, Н.А.Мощанского, П.А.Ребинде-ра, И.В.Сорокера, С.В.Шестоперова, В.Н.Юнга и других отмечаются, что оптимальное количество добавок ССБ и СДБ находится в пределах 0,15-0,30$ от массы цемента в зависимости от вида применяемых цементов.

Как отмечалось выше, пластификаторы используются в основном для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси или для уменьшения количества воды затворения при сохранении заданной подвижности смеси. Помимо основного пластифицирующего эффекта использование пластификаторов влечет за собой появление нежелательных побочных эффектов, таких как замедление процессов структурообразования и твердения цементного камня, бетона и

вовлечение воздуха, а также независимо от вида применяемых цементов увеличение усадки и ползучести в пределах до 20-30$, это ограничивает их применение в предварительно-напряженных конструкциях и сжимаемых железобетонных элементов.

В последнее время наибольшее распространение в производственных условиях получили другие пластифицирующие добавки, такие как УПБ (упаренная последрожжевая барда) и ПАЩ (кубовые остатки производства адапиновой кислоты ),а также ВРП-1 (водорастворимый полимерсолициловая кислота).

В аннотируемых работах отсутствуют данные о влиянии добавок УПБ и ВП-1 на деформативные свойства и долговечность бетона при различных эксплуатационных условиях, однако предполагается, что по своей природе их действие аналогично СДБ. Для устранения побочных эффектов от применения пластификаторов , в основном типа ССБ и СДБ, различные авторы рекомендуют их сочетания с ускорителями твердения.

В результате совместного действия добавок ПАВ и ускорителей твердения удается на 10-15% снизить водопотребность бетонной смеси или обеспечить экономию 8-12,5 цемента или сократить продолжительность тепловой обработки на 15-50%.

Кроме того установлено, что комплексные добавки значительно улучшают морозостойкость, водо-и газонепроницаемость, а также деформативные свойства бетона. Тем не менее использование как индивидуальных ПАВ, так и комплексных добавок на их основе не способны обеспечить дальнейшую существенную интенсификацию производства бетонных работ и сократить материалоемкость конструкции, энерго-и трудозатрат, особенно при заводском производстве. Этим требованям в известной мере отвечает применение качественно новых высокоэффективных химических добавок - суперпластификаторов .

Суперпластификаторы представляют собой относительно новую категорию химических добавок, действующих на цементные системы как разжижители высокой степени. Появление и практическое использование суперпластификаторов открыли новые возможности на совершенствовании бетонных работ как на заводском производстве, так и при возведении монолитных сооружений. Суперпластификаторы вводятся в бетонную смесь для достижения следующих эффектов: - увеличения удобоукладываемости бетонных смесей вплоть до

б.

достижения "литой" самоуплотняющейся консистенции при нормальных расходах исходных материалов;

- сокращения расхода воды затворения более чем на 20%

и получения бетонов повышенной прочности или высокопрочного бетона из удобоукладываемых бетонных смесей на основе рядовых портландцементов;

- снижения расхода цемента в пределах до 25% при обеспечении заданной удобоукладываемости бетонной смеси и прочности бетона;

- комбинирования проведенных эффектов для получения бетонной смеси и бетона ааданных свойств.

Суперпластификаторы практически не снижают поверхностное натяжение воды и не вызывают избыточного воздухововлечения, что отличает их от традиционных пластификаторов. Все суперпластификаторы хорошо растворимы в воде и не вызывают побочных явлений при образовании цементных гидратов. Они сильно повышает текучесть цементного теста и в отличие от известных пластификаторов практически не изменяют сроков схватывания и не вызывают расслоения смеси. Однако следует отметить, что указанные эффекты достигаются при оптимальных дозировках суперпластификаторов в зависимости от применяемых цементов, т.е. от их тонкости помола, содержания С3А, гипса по (S 03), щелочей и вещественного состава.

Для практического применения суперпластификаторов пред-етавляет большой интерес изучение таких характеристик бетонов, как деформативность, ползучесть, усадка и т.д.Этому вопросу посвящены многочисленные исследования К.Хаттори, Х.Касами, А.Александера, Д.Брокса, Е.Томасава, Коллепарди, М.Коррзди, М.Валенте, В.М.Ыальотра, В.Г.Батракова,Ф.Ы.Иванова, D.U.Баженова, Н.Н.Долгополова и других.

В основном все авторы сходятся в едином мнении, что усадка и ползучесть в "литых" бетонах увеличивается и снижается модуль упругости. Напротив, бетоны со сниженным расходом воды с суперпластификаторами отличаются низкими значениями усадки и ползучести, и повышенным модулем упругости.

Тем не менее в литературных источниках имеются разногласия по влиянию суперпластификаторов на эксплуатационные свойства бетонов, что по-видимому связано с различием методов исследований и видом используемых цементов. Поэтому в каждом кон-

кретном случае перед производственным внедрением проводят изучение применяемых материалов и влияния суперпластификаторов на свойства бетонной смеси и бетона, твердеющих в различных условиях, и устанавливают допустимую (оптимальную) их дозировку в зависимости от вида используемого цемента и других факторов.

Успешное использование суперпластификаторов в технологии бетона и получение при этом максимального эффекта определяется механизмом их действия на цементные системы. Знание механизма действия суперпластификаторов и правильное их применение позволяет направленно регулировать свойства цементных систем и получать бетоны с необходимыми свойствами.

Согласно аннотируемых литературных источников, до сих пор нет единого мнения о механизме действия суперпластификаторов, что затрудняет научно-обоснованное их использование и направленное влияние на свойства цементных систем. Отсутствует также единое мнение о влиянии суперпластификаторов на деформа-тивные свойства различных цементов и бетонов. Поэтому с целью объяснения механизма действия конкретных суперпластификаторов на деформативные свойства бетонов необходимо проведение комплексных физико-химических исследований с привлечением реальных возможностей смежных наук и с применением цементов промышленного изготовления.

Всестороннему исследованию влияния суперпластификаторов "10-03","40-03","50-03" и "С-3" на деформативные свойства бетонов посвящена данная работа, и в связи с этим сформулированы цели и задачи наших исследований.

Вторая глава посвящена характеристике исходных материалов и методам исследований. Для изучения влияния химических добавок на формирование структуры и свойства цементного камня и бетона в данной работе использованы: дифференциально-термический анализ (ДТА).рентгенографические исследования, электронно-микроскопические методы анализа, ртутная порометрия, световая микроскопия и дилатометрия.

Первоначальную усадку цементных систем определяли на специальной форме высотой 160 мм и диаметром 40 мм с индикатором часового типа. Каждая форма состояла из двух полуцилиндров, в пазы одного из которых вставлены резиновые прокладки, основания с резиновыми прокладками - кольцами, с вставным дном и двух

стоек, ввинченных в основание, верхнего флянца и притертой пробки, толщина которой регулирует высоту образца. Внутренняя поверхность полуцилиндров отшлифована. Для определения первоначальной усадки бетонов были изготовлены специальные пластмассовые формы высотой 300 мм и диаметром 100 мы. Деформации усадки определялись на 3-параллельных образцах с помощью длиномера ИЗВ-1 с точностью + 0,0005 мм. Влагопотери образцов определялись с точностью + О,0Х Деформации ползучести бетонных образцов определялись на установках, состоящих из винтового ручного пресса и диномометра, позволяющего контролировать задаваемую нагрузку на образец. Испытания проводились при постоянной для всех образцов относительной нагрузке, составляющей 0,3 от разрушающей. Деформации ползучести в образцах измерялись на базе 100 мм с точности 0,002 мм.

Модули упругости бетонных образцов определялись на тех хе установках, что и испытания на ползучесть, максимальное значение нагрузки, передаваемое на образец, составляло 0,3 от разрушающей. Модули упругости и деформации ползучести определялись на трех параллельных образцах. Максимальное отклонение значений деформации и модулей упругости в отдельных образцах от их средних, составляли в среднем + 10%, Испытания проводились в комнатных условиях с относительной влажностью воздуха 60 + 155Й и температурой 24 + 2°С.

В главе "Технологические особенности получения бетонов с регулируемыми деформативными свойствами" исследованы вопросы влияния суперпластификаторов на первоналальную усадку бетонной смеси.прочность, модули упругости, деформации усадки и ползучести, бетонов. Известно, что химические добавки изменяют деформативные свойства бетонов. Для определения области применения бетонов с химическими добавками, необходимо учитывать деформации усадки и ползучести, которые оказывают значительное влияние на напряженное состояние конструкции и в комплексе с физико-механическими характеристиками" определяют их долговечность. ;

Суперпластификаторы влияют не только на подвижность бетонной смеси. Известно, что в присутствии пластифицирующих добавок в цементном камне и бетоне, могут изменяться скорость гидратации и морфология новообразований, количество микро-ь.ак-ропор, характер контактов в кристаллизационной структуре це-

ментного камня бетона. Проявление такого рода изменений в цементном камне бетона, зависящее от вида суперпластификатора и его количества в бетоне, неоднозначно отражается на его прочностных и деформативных свойствах. Поэтому необходимо установить влияние каждого из суперпластификаторов на деформацию усадки и ползучести с тем, чтобы можно было разработать состав комплексной химической добавки для изменения в нужном направлении деформативных характеристик бетона.

Известно, что с момента укладки и -до начала затвердевания в цементных системах происходят линейные изменения. В начальной стадии, когда цементное тесто или бетонная смесь обладает тиксотропными свойствами и еще не достигли структурной прочности, происходят необратимые деформации первоначальной усадки. Этот процесс наиболее ярко проявляется в пластичных и "литых" смесях. Обычно первоначально усадкой пренебрегали ввиду преобладания всеобщего мнения о ее ничтожном техническом значении, основанном на том, что первоначальная усадка является свободной усадкой и не вызывает в бетонной смеси напряжения. Проведенные за последние годы исследования по этой проблеме показывают целесообразность пересмотра такого мнения и признания, что первоначальная усадка должна быть отнесена к более высокому техническому рангу - к традиционной усадке и стать предметом широких всесторонних исследований сущности и способов ее регулирования и следовательно, уменьшения отрицательных последствий. В связи с этим было обращено оообое внимание на исследование первоначальной усадки цементных систем с новыми добавками - суперпластификаторами.

Как показали исследования при введении суперпластифкка-торов первоначальная усадка бетонной смеси по сравнению с контрольными образцами увеличивается в 1,5 и 2 раза при одинаковом составе смеси. Это объясняется тем, что суперпластификаторы резко увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси, происходит седиментационное осаждение и самоуплотнение твердых частиц. При этом,за" счет выделения воды изменяется объем уложенной смеси. Вместе с тем, использование пластифицирующего эффекта суиерпластификаторов, позволяющего уменьшить расход цемента и значения водоцементного отношения, а также комплексных химических добавок дает возможность уменьшения первоначальной усадки бетонной смеси. На основе многочисленных

экспериментальных испытаний была предложена комплексная химическая добавка на основе суперпластификатора "10-03", включающая компоненты масс %: упаренная ыелассная последрожжевая барда - 6,0-12,0; сульфированная меланминформальдегидная сьола--4,0-64,0; сульфат щелочного металла - 30,0 - 84,0 (а.с.И239П6). В таблице I показано влияние предлагаемой добавки на первоначальную усадку бетонной-смеси.

Таблица I

Щ ¡Расход !В/Ц п/п ! цемента! I кгДг !

ОК ! Количество добавки в! Первоначаль-см . \% от веса цемента ! ная усадка _I_! мм/м_

1.

2.

3.

400 400 400

0,43 0,43 0,34

2,5 20,0 2,5

1,0 1,0

0,46 0,27 0,08

Как видно из таблицы I предлагаемая добавка позволяет снизить первоначальную усадку бетонной смеси до 60% по сравнению с контрольными образцами одинакового состава и на 80$ в рав-ноподвижных составах, тем самым значительно уменьшает полную усадку бетона.

Влияние суперпластификаторов на деформации усадки и ползучести бетона определялись как при одинаковых с контрольным составом бетона, так и в бетонах, изготовленных из равнопод-вижных бетонных смесей. Наиболее подробно рассматривались изменения прочностных и деформативных характеристик бетона одного и того же состава в присутствии суперпластификаторов "10-03" и "С-3" представляющих две разные группы суперпластификаторов. Как показали исследования для суперпластификаторов имеется оптимум по содержанию добавки, который характеризуется увеличением средней плотности и прочности образцов, незначительным изменением модуля упругости и снижение величин усадки и ползучести. Этот оптимум отмечается при содержании суперпластификатора значительно меньше того, который обеспечивает получение "литой" бетонной смеси, без ее расслоения (второй оптимум), Первый и второй оптимум по содержанию суперпластификаторов в бетоне зависят от минералогического состава цемента и состава бетона. В бетонах естественного твердения оптимальное количество (I оптимум) для добавки "С-3" находится в пределах 0,3-0,5^,

а для добавки "10-03" составляет 0,3% от веса цемента. При увеличении содержания суперпластификатора "10-03" в составе бетона сверх оптимального (0,3%) повышение подвижности бетонной смеси, не сопровождается дальнейшим уплотнением бетона. Средняя плотность начинает снижаться, что приводит к снижению прочности, незначительному уменьшению модуля упругости, увеличению деформации усадки и ползучести на 10-25%. При очень высокой подвижности бетонной смеси (0К-24 см), содержащей 1,5% "10-03", деформации усадки и мера ползучести в образцах выше, чем в контрольном бетоне на 20 и 100% соотвествен-но. Аналогична картина изменения средней плотности, прочности, модулей упругости, деформаций усадки и ползучести, наблюдается в бетоне с разным содержанием суперпластификатора "С-3", Подобные изменения прочностных и деформативных характеристик отмечаются и в бетонах одинакового состава с разным содержанием суперпластификатора "40-03". В образцах, содержащих суперпластификатор "40-03" в количестве 0,7$, обеспечивающий получение литой бетонной смеси, деформации усадки и мера ползучести указанных образцов к I году испытания превышают эти характеристики контрольного бетона на 20 и 36% соответственно.

Установлено, что чем больше содержится суперпластификатора в составе бетона, тем значительнее можно снизить расход воды затворения при получении равноподвижной бетонной смеси. В бетонах, изготовленных на средне алюминатном цементе (Воскресенский М 500) с добавками суперпластификаторов "10-03" и "С-З" в количестве 1,0 и 1,5% при получении равноподвижной бетонной смеси с контрольной, был снижен расход воды на 25 и 30% (для "10-03") и на 13 и 25% (для "С-З"). Деформации усадки и мера ползучести при этом снижается. Чем меньше суперпластификаторов вводится в бетон для получения "литой" бетонной смеси, тем меньше деформации ползучести и больше прочность в равноподвижном бетоне с добавкой. С помощью суперпластификаторов в бетоне из равноподвижной бетонной смеси можно получить прочность на 1-2 марки выше исходного бетона и более высокие значения модулей упругости. Величины снижения деформации в бетонах с суперпластификаторами из равноподвижных бетонных смесей находятся в пределах 5-8%, а меры ползучести в пределах от 30 до 50%. Таким образом, с использованием суперпластификаторов в бетонах одинакового состава и в равноподвижных бе-

тонах ложно изменять их деформационные характеристики в очень широких пределах.

Исходя из вышеизложенного, разработана методика изменения в нужном направлении деформативных характеристик бетона с помощью комплексных химических добавок на основе суперпластификаторов. Многочисленными лабораторными исследованиями во ВНИИЖе,лезобетоне, установлено, что из большого количества добавок наиболее эффективной оказалась комплексная химическая добавка на основе суперпластификаторов "10-03" и "С-3" и некоторых карбонатных солей щелочных металлов К^С03;

КйНС03), автор.свид.№1381098. Результаты опытов показали, что по сравнению с контрольным бетоном кубиковая и призмен-ная прочности в бетонах с предложенной комплексной добаввой выше в среднем на 20%, а модуль упругости на 10-15%, максимальные деформации усадки, полученные к 10 месяцам испытания, меньше на 70%, а мера ползучести меньше на 8%. В равнопод-вижных бетона с предложенной добавкой усадочные деформации к испытываемому сроку практически отсутствуют. С целью выяснения явлений, происходящих в твердеющем цементном камне, проведены комплексные физико-химические исследования (РФА, ДТА, СЭМ), которые показали, что карбонаты кальция, образующиеся на втором этапе гидратации заполняют 'в основном, капиллярные микропоры цементного камня, что дополнительно уплотняет его структуру, уменьшает количество испаряемой влаги, мешая развитию в нем усадочных деформаций.

Глава "Исследование строительно-технических характеристик бетонов с регулируемыми деформативными свойствами" посвящена изучению физико-механических свойств бетонов с предложенной добавкой твердеющих в различных условиях. С целью сравнительной характеристики ряда свойств рассматривается равнопрочный бетон без добавки.

Целью данных исследований явилось определение рациональных областей применения этих бетонов. Результаты испытаний показали, что во все сроки твердения, прочностные характеристики бетонов с регулируемыми деформативными свойствами, по сравнению с бетонами без добавки несколько выше, например, если коэффициент призменной прочности (К^ ) бетонов без добавки находится в пределах 0,753-0,785, то эти значения для бетонов с добавками 0,810-0,821. Во всех случаях наблюдается

существенное увеличение прочностных свойств бетонов с добавками, прошедших тепловлажностную обработку по оптимальному режиму : (2+2+4+4 час.) при ^»ИЗм 65*543. Это объясняется ре-акционноспособностыо карбоната натрия к продуктам гидролиза и гидратации твердеющего цементного камня и усиления этого эффекта при относительно повышенной температуре, являющейся катализатором химических процессов. Особый интерес представляет повышение прочности бетонов с добавками на растяжение при изгибе в поздние сроки тведцения. Если в возрасте I месяца прочность на растяжение при изгибе бетонов с добавками выше всего на 16$ чем прочность контрольных образцов, то в 90 суточном возрасте разница в прочности достигает 57$(соответственно 10,2 и 6,5 МПа). Это, по-видимому, является следствием уплотнения структуры и резкого уменьшения микродефектов в образцах бетона с добавками, твердеющих в нормальных условиях. В целом, по сравнению с традиционным бетонов, бетоны с регулируемыми деформативньми свойствами отличаются высокой несущей способностью под действием изгибающих и сжимающих нагрузок, что предопределяет расширение области их применения.

В таблице 2 приведены результаты исследований деформатив-ных свойств бетонов на основе портландцемента Белгородского завода, М 500 без добавок и с комплексными химическими добавками. Как очевидно из таблицы 2 у бетонов с добавками усадочные деформации в среднем на 50-70$ ниже, чеь у бетонов без добавки одинакового состава, а за счет снижения расхода воды затворения на 20$ усадочные деформации бетона с добавками уменьшаются более чем в 2 раза. Последнее позволяет рекомендовать использование бетонов с регулируемыми деформативными свойствами, кал в обычных, так и в преднапрдаенных железобетонных конструкциях. Влагопотери в условиях воздушного хранения ( \Д/ = 65+ 5$) в образцах из бетонов с комплексными химическими добавками в 1,8-2 раза ниже, чем у образцов без добавок одинакового состава, и в 7 раз меньше при сравнении равноподвижных бетонов. Это объясняется тем, что если неорганические кислоты, входящие в состав комплексной добавки, взаимодействуя с продуктами гидратации и гидролиза выпадают в осадок и происходит частичная кольматация пор в бетоне, что препятствует испарению влаги из бетона и снижает его усадочные деформации,что подтверждается данными таблицы 2 . Ис-

следование структурной пористости цементного камня бетона методом ртутной порометрии убедительно показывают, что наличие комплексной химической добавки на основе суперпластификатора "10-03" способствует уменьшению содержания крупных пор и созданию более мелкопористой структуры цементного камня. Результаты ртутнопорометрических исследований полностью подтверждаются дилатометрическими исследованиями низкотемпературных деформаций бетонов без добавок и с комплексными добавками одинакового и равноподвижного составов.

' Таблица 2

Деформации усадки и влагопотери в образцах и влияние комплексной добавки

да

п/п

Расход ! В/Ц I цемента кг/м

1.

2. 3.

Количество добавки! OK в % от веса цемента!

400 0,43

400 0,43 I,0("t0-03"+V«2C03) 400 0,35 I,0("I0-03"+Ko2C03)

! !

2,6 20,0 2,5

!Водопо-!Усадоч-!тери в !ные де-!возрас-!форма-!те !ции мм/м !28 сут,!в возрас-¡те.сут !ÜU1 f4UU

Т

!

4,7

2,5

0,24 0,3 0,14 0,19

0,6 0,07 0,09

Таблица 3

Результаты испытаний на водонепрницаемость и морозостойкость

И? ¡Водонепроницаемость (ГОСТ 12730.5-84) и морозостойкость пп !(ГОСТ 10080-76) бетонов с регулируемыми деформативными !свойствами_

!Состав ¡Расход до-! В/Ц ¡Коэффици-!Количество-¡Коэффициент ! !бавки в % ! !ент фильт-1-циклов за- !морозостой-

! !от веса це4- ' " ' "

¡от веса це4- ¡рации !мораживания!кости К^ _ ¡Аента_!_!см/с_!и оттаиваний_^

ныйТР°ЛЬ~ - 0,44 9x10-9 325 0,88

2. с КЗД"Ю-03" 1,0 0,44 4,I7xI0-22 400 0,92

Из таблицы 3 видно, что водонепрницаемость образцов с добавками по сравнению с контрольными образцами без добавок

одинакового состава выше в 3 раза, значительно возрастает морозостойкость бетона. Причиной высокой степени водонепроницаемости и морозостойкости бетонов с предложенной добавкой является характер их поровой структуры. Исследования сохранности арматуры в бетонах с регулируемыми деформативными свойствами подтверждают возможность использования этих бетонов в технологии сборного железобетона широкой номенклатуры.

В пятой главе обобщены результаты опытно-промышленного внедрения результатов исследований и их технико-экономические показатели. Опытная партия железобетонных аэродромных плит общим объемом 216 м3 была изготовлена на одном из предприятий в/ч 89515 и результаты исследований полностью подтверждены на практике при производстве ответственной конструкции.

Установлено, что при применении предложенной комплексной добавки, за счет снижения расхода цемента и энергозатрат на термообработку при производстве аэродромных плит ПАГ-ПК, экономический эффект составляет в среднем 4,75 руб/м3 железобетона.

ОБЩИЕ вывода

1.Введение суперпластификаторов существенно влияет на свойства бетонных смесей и бетонов, в том числе на усадку бетона и его деформативные свойства.

2.Дяя исследования влияния суперпластификаторов "10-03", "40-03", "50-03" и "С-З" и комплексных добавок на их основе на свойства бетонной с;..еси и бетона различных составов .кроме стандартных методов испытания в работе использованы современные методы физико-химического анализа (РФА, БТА, дилатометрия и др.), структуры цементного камня и бетона.

3. Экспериментально установлено, что при введении суперпластификаторов "10-03","40-03","50-03","С-З" первоначальная усадка бетонной смеси значительно увеличивается по сравнению с

контрольными образцами, увеличение усадки при этом в зависимости от вида суперпластификатора составляет 8-15%. Разработана и предложена комплексная химическая добавка на основе суперпластификатора, существенно уменьшающая первоначальную усадку, бетонной смеси (Автор.свид.№1239116). 4.Экспериментально установлено, что в бетонах одинакового состава, содержащих суперпластификаторы "10-03","40-03","С-З"

в количестве необходимом для получения "литой" бетонной смеси деформации усадки и ползучести на 10% и 25-55% соотвественно выше, чем в контрольном бетоне. Прочность при сжатии и модуль упругости при этом снижается в пределах 10%.

5.Установлено, что в бетонах равноподвижных с добавками суперпластификаторов по сравнению с бетонами без добавок прочность и модуль упругости возрастает, а деформации усадки и ползучести снижаются тем значительнее, чем на большую величину снижен расход воды затворения и чем меньше при этом содержится суперпластификаторов в составе бетона. Применительно в изученным составам бетона марок 500 и 600, использование суперпластификаторов "40-03" и "10-03" позволило получить бетоны с большей /прочностью на 1-2 марки и более высокими значениями модулей упругости (на 10-25%) и меньшими величинами усадки и ползучести (соответственно на 5-8% и 30-40%).

6.Разработана и предложена комплексная химическая добавка на основе суперпластификаторов типа "10-03" и "С-3" в оптимальном сочетании с некоторыми карбонатными солями щелочных металлов, позволяющая регулировать деформативные свойства бетона (автор.свцд.К5 1381098).

7.Физико-химическими исследованиями цементного камня и бетонов установлено, что предложенная комплексная добавка способствует образованию в них мелкопористого строения, отсутствием крупных капиллярных пор, что положительно отражается на прочностных и деформативных характеристиках бетона.Покааано,что налич предложенной комплексной добавки в цементном камне не приводит

к каким-либо морфологическим изменениям в продуктах гидратации и гидролиза и коррозии стальной арматуры.

8.Установлено,что цементный камень и бетон, содержащие предложенную добавку, в оптимальны^ количествах оличаются значительно меньшими значениями деформаций усадки в бетонах одинакового состава; во все сроки твердения деформации усадки обрацов с комплексной добавкой на 50-70% ниже, чем у образцов без добавки^

9.Изготовлена опытная партия аэродромных плит общим объемом ~= 216 ы3 на одном из предприятий МО СССР. Поиазано, что за счет применения предложенной химической добавки экономический эффект в среднем составил 4,75 руб/м3 бетона, общий эффект от выпуска 216 м3 железобетонных изделий составил 1026 руб. Использование предложенной комплексной химической добавки на за-

воде мощностью 100 тыс.м3 в год, ожидаемый годовой экономический эффект составит 475 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Лореттова Р.Н., Барзикова Т.В., Ершешев Р.Б.,Исаев U.U. Структурные характеристики цементного камня с олигомерны-ми пластифицирующими добавками //Всесоюзное региональное совещание "Гидратация и структурообразование цементов на основе отходов промышленности": Tea.докл. - Чимкент, 1983. - с.197-198.

2. Баженов D.U. .Бабаев Ш.Т. .Исаев U.U. .Аяхметов А.Ж. Комплексная химическая добавка в бетон с компенсацией усадки //Всесоюзное совещание "Пути использования вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и изделия":Тез. докл. - Чимкент. - 1986. - с. 379-380.

3. Зубковская E.H.» Исаев U.M.,Аяхметов А.Ж. Влияние добавки из отходов химического производства на формирование состава и кристаллизационной структуры цементного камня в условиях нормального твердения.//Всесоюзное совещание" Пути использования вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и изделий: Тез.докл. - Чимкент. - 1986. -

~ с• 342-344•

4. Баженов D.U.»Зубковская Е.И., Исаев U.U..Касимов А.Т. Влияние комплексной добавки с компенсацией усадки на свойства цементных систем.//В сб.Технологическая прочность и терщиностойкость сборного железобетона. - U.: ВНИИЖелезо-бетон. - 1988. - с. 106-109.

5. Юдина Т.П. .Аяхметов А.Ж.,Исаев U.U. Исследование первоначальной усадки цементных систем с суперпластификаторами . //В сб. Технологическая прочность и трещиностойкость

сборного железобетона.- U.: ВНИИЖелезобетон. - 1988, -- с. 146-149.

6. А.с.№1239116, С 04 В 24/30. Комплексная химическая добавка для бетонной смеси. / Н.Н.Долгополов, Ш.Т.Бабаев, U.A. Суханов, Н.Ф. Башлыков, 'U.U.Исаев и др. - 1986 г.

7. A.C. №1381098, С. 04 В 24/30.Вяжущее для растворных и бетонных смесей./D.U.Баженов, Ш.Т.Бабаев,В.И.Стамбулко,U.U.Исаев и др. - 1987 г. 4