CC BY
23
|||| УДК666.972.16 (088.8)
¡I БЕТОН МОЖЕТ ТВЕРДЕТЬ И ПРИ - 37 °С
Торпищев Ш.К. Бил ало в М.А.,Торпищев Ф.Ш.
§¡§1 Жумыста endipicmiK ohímhíh 6ipi диметилдиоксанныц цысцы
§pi§ бетондау ушм аязга цара тишЫлШ мен цосынды сапасьтыц нэтижелерi
fill усынылады. Оныц iiuinde диметилдиксон ректифинациясынан
III! триметилкарбиналды фракцияныц кубтт тщлдыгы царастырылады. Бетон
gg§¡ цоспасына цосындыныц óepi.uyi - 37° С температурага д ей i mi бетон
¡III бержттн цамтамасыз emedi.
¡fli В работе представлены результаты исследований по использованию в
III! качестве эффективной противоморозной добавки для зимнего бетонирования
PÜ - побочного продукта производства диметилдиоксана, в частности,
flff триметилкарбинольной фракции кубовых остатков от ректификации
|||| диметилдиоксана. Введение добавки в бетонную смесь обеспечивает
Щ| интенсивный набор прочности бетона при температуре до -37° С.
The work represents main data span of investigations on using antifreeze concrete admixtures as the effective agent for winter concreting. The antifreeze agent is a by-product of dimethil-dioxane particularly trimethylcarbinol fraction of cubic residua resulted by dimethyldioxane rectificatio . The admixture incorporation guarantees intensive concrete strength development up to - 37° C.
Резко возросшие в последние годы темпы строительства инициируют создание принципиально новых технологий производства бетонных работ при низких отрицательных температурах.
Известно, что твердение бетона сопровождается совокупностью чрезвычайно сложных явлений, еще недостаточно изученных и не поддающихся в полной мере управлению путем различных воздействий из-за многообразия активных составляющих исходного вяжущего, сложной системы синтезируемых новообразований, многокомпонентности материала и т.д.
Процессы гидратации зависят от температуры смеси, они интенсифицируются при ее повышении, слабеют при понижении, вследствие чего температурный фактор отнесен к категории наиболее мощных воздействий на процесс твердения минеральных вяжущих веществ.
Известно, что понижение температуры до 0°С резко замедляет процесс твердения бетона. Это особенно заметно в раннем возрасте твердения, так как
№ 3, 2004 г.
95
уменьшается скорость взаимодействия воды с минералами цемента. Иначе сказывается понижение температуры на формирование структуры бетона: вследствие температурного сжатия составляющих, более полного прохождения процесса седиментации, формируется более плотная структура бетона.
Экспериментально установлено, что гидратация цемента и структурообразо-вание при отрицательных температурах определяются наличием жидкой фазы, частичное или полное замерзание которой приводит к резкому- замедлению, либо к полному прекращению гидратации. В тяжелом бетоне, не содержащем проти-воморозных добавок, основное количество воды переходит в лед при температурах до -5°С (для высоких марок цемента эта температура ниже). Так как и пористость, и удельная поверхность бетона изменяются во времени, то и температура замерзания также непостоянна и во многом определяется этими факторами.
Исследования показали, что основная масса льда образу ется при понижении температуры до -5 С. когда льдистость составляет 78% у тяжелого бетона, твердевшего 24 ч в нормальных условиях, и 94% у замороженного сразу после приготовления. Если же прочность бетона к моменту замерзания составляет 50 или 70% от то количество незамерзшей воды резко возрастает, т.е. на льдистость бетона значительное влияние оказывает продолжительность твердения до начала замерзания.
В процессе охлаждения и выделения теплоты при кристаллизации льда происходит переохлаждение воды и изменение объема льда при различных отрицательных температурах.
Структура бетона претерпевает изменения из-за концентрации льда внутри бетона и увеличения объема замерзшей воды на 9%, а также роста кристаллов и линз льда. Увеличение срока выдерживания бетона до замораживания уменьшает его расширение, в меньшей мере нарушается структура, т.е. на эти процессы оказывает влияние начальная прочность бетона.
Водорастворимые химические добавки понижают температуру замерзания жидкой фазы в бетоне, оказывают влияние на растворимость вяжущего и продуктов его гидратации и обеспечивают его гидратацию при температуре до -20°С за счет систематического таяния льда. При введении добавок важен температурный диапазон их применения - назначение предельно низких температур твердения бетона и возможность использования одних и тех же добавок и как ускорителей твердения, и как противоморозных. Так же как и для обычных бетонов, на последующее твердение бетонов с добавками оказывает влияние момент замораживания. Например, при замораживании бетона с добавкой поташа и содо-поташной смеси сразу после изготовления потери прочности составляют до 30% от проектной, и степень нарушения структуры бетона определяется в основном количеством воды и видом цемента.
Авторами полумены весьма обнадеживающие результаты при использовании добавки - побочного продукта производства диметилдиоксана, в частности, триметилкарбинольной фракции кубовых остатков от ректификации диметилдиоксана.
Продукт производства диметилдиоксана характеризуется следующим
химическим составом, в масс.%:
-триметилкарбинол/трет-бутиловый спирт 73,25
-4,4-диметилдиоксан-1,3 7,20
-метиловый спирт 3,74
-непредельные спирты (в основном аллиловый) 2,44
-2-метил-3,4-дигидропиран 0,17
-неидентифицируемые соединения 0,22
По характеру воздействия на цементное тесто указанная добавка содержит компоненты:
-не вступающие в реакцию с минералами цемента, но повышающими их растворимость и снижающими температуру замерзания воды;
-активизирующие процессы гидратации вяжущего посредством диспер-гации его зерен, разрушения силикатной фазы и повышения ее растворимости и снижающие температуру замерзания воды;
-ускоряющие процессы гидратации за счет реакций обмена, которые приводят к образованию гелей гидрооксидов катьция и снижающие температуру замерзания воды;
-способствующие выделению тепла при гидратации и понижающие температуру замерзания воды.
При растворении триметилкарбинольной фракции кубовых остатков от ректификации диметилдиоксина в воде происходит химическое взаимодействие ее частиц с молекулами воды с образованием сольватных оболочек, которые способствуют резкому понижению температуры замерзания воды в порах. Поскольку компоненты добавки длительное время находятся в несвязном состоянии в поровой жидкости, они повышают ионную силу раствора что значительно ускоряет гидратационные процессы, а вследствие этого и твердение силикатных фаз цемента. Вышеприведенные данные подтверждаются результатами определения удельного тепловыделения цементно-пес-чаных растворов и контракции бетона в присутствии добавки. В первые сутки твердения она почти вдвое повышает удельное тепловыделение.
Изучение кинетики роста пластической прочности цементно-песчаных растворов с добавками показало, что во всех случаях она характеризуется наличием индукционного периода, после которого наступает интенсивное
№ 3,. 2004 г.
97
структурообразование. Повышение концентрации добавки приводит к сокращению индукционного периода. Полученные данные по кинетике роста пластической прочности хорошо согласуются с результатами определения степени гидратации методом прокаливания и количественным рентгеновским анализом.
Бетонная смесь готовится следующим образом: в бетономешалке перемешиваются отдозированные сухие компоненты смеси (цемент, заполнители), после чего вводится вода затворения, содержащая расчетное количество добавки. Смесь перемешивается в течение 3-4 мин. и укладывается в опалубку.
Составы бетонных смесей с предлагаемой добавкой (с предельным и оптимальным соотношением ингредиентов), прототипа и контрольных (без добавок) приведены в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты Контроль ный состав Прототип Предлагаемые составы
1 2 3 4 5
Цемент 18,99 18,99 13,43 18,99 18,99 18,99 23,10
Песок 21,97 21,97 25,20 21,97 21,97 21,97 22,28
Щебень 51,65 51.88 54,70 51,15 51,88 50,85 44,73
Добавка 1 - 0,19 - - - - -
Добавка 2 - - 1,21 1,71 0,19 2,56 2,08
Вода ОСТАЛЬНОЕ
Добавка 1 - эмульсия нефтепродуктов
Добавка 2 - триметилкарбинольная фракция кубовых остатков от ректификации диметилдиоксана
Твердение бетонных смесей осуществлялось без тепловлажностной обработки при температурах +20° С, 0° С, а также - 5, -24, -37° С в многокамерной морозильной установке. Образцы помещались в морозильную камеру непосредственно после формования, распалубливались через 2 сут и оставлялись твердеть еще на 26 сут. Через 28 сут. твердения и оттаивания при комнатной температуре в течение не менее 12 час. образцы (вместе с остальными, твердевшими при +20° С, 0° С) испыты-вались на прочность при сжатии и водонепроницаемость. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Составы сырьевых смесей Температура твердения сырьевых смесей Снижение водопотреб ности сырьевых смесей, % Прочность прр контро в воз сжатии, % от тьного, расте
3 суток 7 суток 14 суток 28 суток
Контроль -ный +20 - 62 84 91 100
0 6 18 42 62
-5 - 2 5 5
Прототип -10 3,4 5 22 41 65
-25 3 7 12 16
-37 1 4 6 7
Предлагаемые составы 1 -25 13,4 34 - 102 132
-37 22 - 38 58
2 -25 13,5 36 - 106 130
-37 25 - 36 56
3 -10 37 - 93 113
-25 5,5 25 - 45 73
-37 14 - 18 28
4 -25 16,0 48 - 114 134
-37 33 - 52 67
5 -25 13,6 44 - 106 136
-37 31 - 44 59
Как видно из результатов, приведенных в таблице 2., бетонная смесь - прототип не позволяет получить расчетную марочную прочность бетона при твердении ее при температурах ниже 0° С. Введение в бетонную смесь триметилкарбинольной фракции кубовых остатков от ректификации диметилдиоксана обеспечивает интенсивный набор прочности бетона при температуре до - 37° С.
