CC BY
23УДК 666.972.53
Г.Д. ФЕДОРОВА, канд. техн. наук, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова; А.Т. ВИНОКУРОВ, заведующий лабораторией отдела СМиК ОАО «ЯкутПНИИС»; О.Н. КРАВЦОВА, канд. техн. наук, А.М. ТИМОФЕЕВ, д-р техн. наук, Институт физико-технических проблем Севера СО РАН (г. Якутск, Республика Саха (Якутия))
Экспериментальное исследование прочности бетона с комплексной добавкой
Развитие новых технологий бетонирования при отрицательной температуре связано с использованием противоморозных добавок. Неоднозначное влияние противоморозных добавок на свойства бетона обусловливает поиск их оптимальных концентраций и изучение закономерностей формирования свойств таких бетонов.
В настоящее время для изготовления монолитных бетонных и железобетонных конструкций в зимнее время якутскими строителями применяются бетоны с комплексными добавками НН (нитрит натрия) + С-3 и НН+ПФМ-НЛК (добавка, обеспечивающая воздухо-вовлекающее и пластифицирующее действие). При этом НН+ПФМ-НЛК, как правило, обеспечивает более высокие показатели морозостойкости бетона. Однако в настоящее время еще нет экспериментальных данных о влиянии комплексной добавки НН+ПФМ-НЛК на критическую прочность бетона. Вышеуказанные экспериментальные данные необходимы для установления оптимальной дозировки противоморозного компонента добавки, для расчета технологических параметров разогрева, обогрева, прогрева и остывания бетона, а также для прогнозирования температурного режима выдерживания бетона конструкции в опалубке.
В работе концентрация противоморозной добавки НН бралась 2, 4 и 8% от массы цемента. Расход модификатора ПФМ-НЛК во всех составах принят равным 0,7% от расхода цемента. В качестве контрольного состава принят состав бетона с добавкой 0,7% ПФМ-НЛК. Для сравнительных испытаний принят состав бетона с добавкой 4%НН+0,7%С-3, который также используется в Якутии.
Для определения прочности по ГОСТ 10180—90 изготавливались образцы-кубы 10x10x10 см. В первой партии образцы твердели в камере нормально-влажностного хранения. Прочность бетонов нормального хранения определяли через 1, 3, 7 и 28 сут. Во второй партии образцы замораживались при температуре -20оС и -40оС в течение 24 ч в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут, затем до 28 сут твердели в камере нормального твердения. По истечении этого срока определялась прочность этих образцов.
Для бетонов, твердеющих в нормально-влажностных условиях, наблюдается максимум значений прочности при концентрации противоморозного компонента 2% (рис. 1). Предыдущими исследованиями была установлена оптимальная концентрация НН, равная 4%, при которой наблюдался максимум значений плотности и минимум значений капиллярной пористости для бетонов, содержащих только НН [1]. По-видимому, смещение максимума происходит за счет введения модификатора ПФМ-НЛК. Повышение содержания НН замедляет темпы набора прочности на всех этапах его твердения. Введение НН в количестве 2 и 4% интенсифицирует твердение бетона на начальном этапе. В возрасте 7 сут все бетоны с комплексными добавками набирают практически 84—89% от R28. При этом темпы твердения и конечная прочность бетонов за исключением бетона с комплексной добавкой 8%НН+0,7%ПФМ-НЛК практически одинаковы (рис. 1—2).
Результаты испытаний прочности бетонов, подвергнутых замораживанию при температуре -20оС и -40оС, приведены в таблице. Анализируя данные, следует отметить, что бетоны, подвергнутые замораживанию, практически набирают те же прочности, что и бетоны, твердеющие в нормально-влажностных условиях. Незначительный недобор прочности наблюдается у бетонов, подвергнутых воздействию отрицательной температуры в возрасте 1 сут. При этом у бетона без НН недобор прочности составил 12,7%. Это указывает на то, что бетоны с противоморозной добавкой (НН) менее уязвимы воздействию отрицательной температуры.
Прочности бетонов, подвергнутых однократному замораживанию при температуре -20оС и -40оС, выше, чем прочности бетонов, твердевших в нормально-влажностных условиях, за исключением состава бетона 4%НН+0,7%ПФМ-НЛК, замороженного в 28 сут возрасте. Подобные результаты были получены и ранее при изучении свойств бетона на местных заполнителях с комплексной добавкой НН+ОК [2]. Кроме того, данные о нейтральном или положительном влиянии однократного замораживания на величину прочности отмечали и другие авторы [3].
^28 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
МПа
__________
1 1 1 1 1
0
2
8
10
п28> 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
4 6
НН, % от массы цемента Рис. 1. Влияние концентрации противоморозной добавки на прочность бетона нормального твердения с добавкой НН+0,7%пФМ-НЛК: 1 - 1 сут; 2 - 3 сут; 3 - 7 сут; 4 - 28 сут
2 4
_____1
=---- ^
- ц/ __________
I 1 1 1 1
10
15
20
25
30 Т, сут
Рис. 2. Кинетика набора прочности бетона с комплексными добавками, твердеющего в нормально-влажностных условиях: 1 - 0,7%ПФМ-НЛК; 2 - 2%НН+0,7%ПФМ-НЛК; 3 - 4%НН+0,7%ПФМ-НЛК; 4 - 8%НН + 0,7%ПФМ-НЛК; 5 - 4%НН+0,7%С3
0
5
научно-технический и производственный журнал ф/рЦУГ/^^Ц^^ 70 апрель 2012 Ы *
Вид и расход добавок от массы цемента Возраст бетона к моменту замораживания, сут Прочность бетона на сжатие перед замораживанием, МПа/°/с^28 Прочность бетона на сжатие МПа^с^^ при температуре замораживания, оС
-20 -40
0,7%ПФМ-НЛК 1 5,1/13,8 35,4/95,7 32,5/87,3
3 24,5/66,2 36,4/98,4 36,9/99,7
7 35,6/96,2 36,7/99,2 41,5/112,1
28* 37,0/100 40,9/110,5 41,5/112,1
2%НН+0,7%ПФМ-НЛК 1 13,8/34,5 40,5/101,2 39,0/97,5
3 29,7/74,2 42,2/105,5 39,7/99,2
7 35,6/89 38,4/96,4 39,4/98,5
28* 40,0/100 38,9/97,2 37,4/93
4%НН+0,7%ПФМ-НЛК 1 10,4/29 34,5/96,4 35,8/100
3 26,3/73,5 37,1/103 34,9/97,5
7 31,5/88 35,9/100,3 36,2/101,1
28* 35,8/100 34,6/96,6 35,6/99,4
8%НН+0,7%ПФМ-НЛК 1 3,2/12 34,5/96,4 35,8/100
3 17,9/67,3 37,1/103 34,9/97,5
7 22,3/83,8 35,9/100,3 36,2/101,1
28* 26,6/100 34,6/96,6 35,6/99,4
4%НН+0,7%С-3 1 11,4/29,8 37,4/97,9 36,9/96,6
3 28,6/74,8 38,7/101,3 38,4/100,5
7 32,3/84,5 37,6/98,4 40,4/105,7
28* 38,2/100 40,9/107,1 41,5/108,6
Примечание: * Образцы, подвергнутые замораживанию в 28 сут возрасте, испытаны через 4 ч оттаивания в помещении лаборатории.
Характер влияния водоредуцирующих добавок С-3 и ПФМ-НЛК на прочность бетона при одинаковом расходе цемента, В/Ц и электролита (4% НН) в целом имеет аналогичный характер. Небольшое снижение прочности при применении ПФМ-НЛК, по-видимому, можно объяснить воздухововлекающей способностью последнего.
Повышение концентрации противоморозного компонента (НН) комплексной добавки до 8% от массы цемента при одинаковых условиях снизило начальные темпы твердения бетона нормального твердения и его прочность в возрасте 28 сут (22,3 МПа) по сравнению с применением концентраций 4% и 2%, прочность которых соответственно составила 35,8 и 40 МПа. Для бетонов с комплексной добавкой 8%НН+0,7%ПФМ-НЛК, подвергнутых воздействию отрицательной температуры в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут, в возрасте 28 сут прочность колеблется от 34,5 до 37 МПа, что на 60% выше прочности бетонов, не подвергнутых воздействию отрицательной температуры. В то же время их прочность практически одинакова с прочностью бетонов с добавками 2%НН+0,7%ПФМ-НЛК и 4%НН+0,7%ПФМ-НЛК, как подвергнутых замораживанию, так и твердевших в нормально-влажностных условиях. Все это указывает на то, что процесс формирования благоприятной структуры бетона, а следовательно, его долговечность зависят от многих факторов.
В ходе экспериментальных исследований также было изучено изменение фазового состава поровой влаги бетона в вышеуказанных условиях замораживания. При этом установлено, что существует оптимальное соотношение между концентрацией раствора электроли-
тов и сложившейся структурой бетона, способствующее меньшему льдообразованию при замораживании бетона ниже эвтектической температуры.
В условиях Севера, где в зимний период при бетонировании монолитных конструкций практически нельзя избежать замораживания бетона ниже эвтектической температуры, поиск концентраций электролитов является очень важным моментом при применении различных способов зимнего бетонирования. Наиболее эффективно применить комплексные добавки НН+ПФМ-НЛК и НН+С-3, причем оптимальный расход электролита НН не должен превышать 4% от массы цемента. Дальнейшее повышение расхода НН не улучшает физико-механические свойства бетона, а при неблагоприятных условиях может их ухудшить.
Ключевые слова: бетон, комплексная добавка, замораживание, отрицательная температура.
Список литературы
1. Кравцова О.Н, Старостин Е.Г., Степанов А.В., Тимофеев А.М. Влияние концентрации противоморозной добавки на поровую структуру бетона // Наука — производству. 2003. № 8. С. 30-31.
2. Федорова Г. Д. Бетоны и их свойства для монолитных конструкций, возводимых в районах Крайнего Севера. Автореферат дисс. на соиск. учен. ст. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1993. 25 с.
3. Миронов С.А. Фазовые превращения воды, гидратация и твердение цемента и бетона на морозе // Зимнее бетонирование и тепловая обработка. М.: Стройиздат, 1975. С. 26-58.
научно-технический и производственный журнал
апрель 2012
71
