Научная статья на тему 'К вопросу производства высокопрочных бетонов в Социалистической Республике Вьетнам'

К вопросу производства высокопрочных бетонов в Социалистической Республике Вьетнам Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
135
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА / ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН / ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ / ЦЕМЕНТ / КРУПНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ / МЕЛКИЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ / СЦЕПЛЕНИЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ / КИНЕТИКА ТВЕРДЕНИЯ / SPECIFIC CONSUMPTION OF CEMENT / HIGH-STRENGTH CONCRETE / TENSILE STRENGTH / CEMENT / COARSE AGGREGATE / FINE AGGREGATE / ADHESION OF CEMENT STONE WITH AGGREGATE / HARDENING KINETICS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Несветаев Г. В., Ву Ле Куен

Произведена оценка возможности получения высокопрочных бетонов на основе некоторых материалов СРВ. Выполнен анализ влияния на предел прочности бетона на сжатие продолжительности твердения, величины водоцементного отношения и свойств материалов. Приведена методика выбора эффективных для производства высокопрочных бетонов материалов на основе оценки показателя удельного расхода цемента. Показано, что на основе материалов, имеющихся в северных регионах СРВ, могут быть получены высокопрочные бетоны с показателем удельного расхода цемента порядка 6 (кг/м3)/МПа. Сделано заключение о целесообразности при производстве высокопрочных бетонов повышения сцепления цементного камня с крупным заполнителем, например, посредством введения в состав бетонной смеси активного микрокремнезема в виде золы рисовой шелухи. Высказано предположение о необходимости исследования влияния суперпластифицирующих добавок, применяемых в СРВ, на кинетику твердения цементов с целью определения группы добавок, оказывающих минимальное замедляющее действие на рост прочности бетона в ранний период.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Несветаев Г. В., Ву Ле Куен

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

On the issue of high-strength concrete production in the Socialist Republic of Vietnam

An assessment was made of the possibility of obtaining high-strength concrete based on certain materials of SRV. The analysis of the effect on the ultimate strength of concrete in compression for the duration of hardening, the magnitude of the water-cement ratio, and the properties of materials was performed. A technique for selecting efficient materials for the production of high-strength concrete based on an estimate of the specific consumption of cement is given. It is shown that on the basis of materials available in the northern regions of NRW, high-strength concrete with a specific cement consumption of about 6 (kg / m3) / MPa can be obtained. It was concluded that, in the production of high-strength concrete, it is advisable to increase the adhesion of cement stone to coarse aggregate, for example, by introducing active microsilica in the form of rice husk ash into the concrete mix. It has been suggested that it is necessary to study the effect of superplasticizing additives used in SRV on the kinetics of hardening of cements in order to determine the group of additives that have a minimal retarding effect on the growth of concrete strength in the early period

Текст научной работы на тему «К вопросу производства высокопрочных бетонов в Социалистической Республике Вьетнам»

К вопросу производства высокопрочных бетонов в Социалистической Республике Вьетнам

1 2 Г.В. Несветаев , Ву Ле Куен

1 Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону 2Ханойский Архитектурный Университет, Вьетнам

2

2

Аннотация: Произведена оценка возможности получения высокопрочных бетонов на основе некоторых материалов СРВ. Выполнен анализ влияния на предел прочности бетона на сжатие продолжительности твердения, величины водоцементного отношения и свойств материалов. Приведена методика выбора эффективных для производства высокопрочных бетонов материалов на основе оценки показателя удельного расхода цемента. Показано, что на основе материалов, имеющихся в северных регионах СРВ, могут быть получены высокопрочные бетоны с показателем удельного расхода цемента порядка 6 (кг/м3)/МПа. Сделано заключение о целесообразности при производстве высокопрочных бетонов повышения сцепления цементного камня с крупным заполнителем, например, посредством введения в состав бетонной смеси активного микрокремнезема в виде золы рисовой шелухи. Высказано предположение о необходимости исследования влияния суперпластифицирующих добавок, применяемых в СРВ, на кинетику твердения цементов с целью определения группы добавок, оказывающих минимальное замедляющее действие на рост прочности бетона в ранний период.

Ключевые слова: удельный расход цемента, высокопрочный бетон, предел прочности, цемент, крупный заполнитель, мелкий заполнитель, сцепление цементного камня с заполнителем, кинетика твердения.

Как известно, основные рецептурные факторы для высокопрочных бетонов должны соответствовать следующим требованиям [1-11,16,18]:

- цементы - высокоактивные с содержанием С3А в клинкере не более 7% и 03S в пределах 58 - 63%, с нормальной густотой до 27%, удельной поверхностью 3400 - 3900 см /г при дозировке гипсового камня в зависимости от количества С3А, например, по Meissner SO7 = .=, - 0.И5 ■ СтЛ что соответствует пределу 2,65 - 3,1%, с

минимальной контракционной (аутогенной) и влажностной усадкой в присутствии суперпластифицирующей добавки;

- крупный заполнитель - с развитой шероховатой поверхностью и формой зерен, близкой к кубовидной с гранулометрическим составом, максимально

соответствующим кривой Фуллера и содержанием ПГ до 0,5%, с пределом прочности не менее чем на 20% превышающим предел прочности бетона;

- мелкий заполнитель - с содержанием ПГ до 1% и модулем крупности более 2,5, с гранулометрическим составом, максимально соответствующим кривой Фуллера;

- сцепление цементного камня с заполнителем - максимальное, в т.ч. за счет химического взаимодействия заполнителя с продуктами гидратации портландцемента.

В [12,17] показано, что в Социалистической Республике Вьетнам (СРВ) в принципе имеются материалы, удовлетворяющие указанным требованиям, за исключением сцепления цементного камня с заполнителем, поскольку, согласно оценке [13], величина сцепления крупного заполнителя с маркой по прочности М1100 - М1200 с цементным камнем составила от 0,29 до 0,74 МПа, что соответствует значениям сцепления цементного камня с прочностью на растяжение 4,4 МПа с полированной поверхностью гранита и известняка. В [13] сделан вывод о пониженном сцеплении цементного камня с исследованными заполнителями СРВ. В связи с вышеизложенным актуальной задачей является оценка целесообразности и эффективности применения материалов СРВ для производства высокопрочных бетонов классов В60 и выше. Многочисленность факторов, определяющих предел прочности бетонов, особенно высокопрочных, предопределяет необходимость для оценки целесообразности применения тех или иных материалов и ранжирования их по эффективности использования количественного показателя, позволяющего выполнить технико-экономическое сравнение. В качестве такого показателя может быть использован, например, показатель удельного расхода цемента [5, 14, 20], численно равный отношению расхода цемента, кг/м3, к пределу прочности бетона на сжатие, МПа.

Проведены исследования свойств бетонов с расчетным расходом

3 3

цемента от 400 до 520 кг/м при расчетном расходе воды 170 л/м с использованием эффективных суперпластифицирующих добавок и материалов, представленных в табл. 1. Подвижность бетонной смеси соответствовала марке П4 по ГОСТ 7473.

Таблица №1

Материалы, использованные в исследованиях

Материал Марки- Произво- Технические Стоимость

ровка дитель характеристики $ (руб)/т

Портландце №1 Тханг Лонг НГ 26,8%; АЦ 52,5 МПа 57 (3764)

мент Буд = 3430 см2/г

№2 Бут Шон НГ 27%; АЦ 51,1 МПа Буд = 3520 см2/г 54,4 (3597)

Крупный №1 Фу Ман М1100; Уд = 47,4% 10,5 (697)

заполнитель №2 Хоа Бинь М1200; УП = 45% 11,2 (739)

Мелкий №1 Ло Мк = 2,5; ПГ 0,4% 10,8 (711)

заполнитель №2 Хонг Мк = 2,9; ПГ 0,5% 11,4 (753)

С применением указанных в табл. 1 материалов получены бетоны с пределом прочности в 28 сут от 42,4 до 67,6 МПа, в возрасте 90 сут от 53,8 до 85,3 МПа (рис. 1). Из представленных на рис. 1 данных очевидно:

- в принципе высокопрочные бетоны могут быть получены с применением исследованных материалов, особенно на цементе 2 после твердения в течение 90 сут;

- разброс значений прочности бетонов при постоянном значении В/Ц превышает 10%, причем с увеличением возраста бетона разброс возрастает;

- для бетонов с более высоким значением В/Ц разброс значений прочности выше.

Для анализа эффективности применения различных материалов далее применен показатель удельного расхода цемента. Согласно [14],

эффективный удельный расход цемента для высокопрочных бетонов не

должен превышать величины

(1)

где Ц, В - соответственно расход цемента и воды, кг/м ; Яб - предел прочности бетона на сжатие, МПа,

или для состава бетона с расходом воды 170 л/м :

С

II * г- г-

(2)

100

90

"I 80

ш ?

£

и О

О)

ч

щ

70

60

50

40

ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч ч V

ч

1 X 1

V

\ - ■ N X Я0Ч 8Х \

\ \

V ф

11111 V 1 1

0,3

0,32 0,34

0,36 0,38 В/Ц

0,4

0,42 0,44

Ц1П1Щ2-28

□ Ц1П2Щ1-28

д Ц1П2Щ2-28

о Ц2П1Щ1-28

♦ Ц2П1Щ2-28

■ Ц2П2Щ1-28

А Ц2П2Щ2-28

• Ц1П1Щ1-90

о Ц1П1Щ2-90

□ Ц1П2Щ1-90

Л Ц1П2Щ2-90

О Ц2П1Щ1-90

* Ц2П1Щ2-90

■ Ц2П2Щ1-90

А Ц2П2Щ2-90

-- ■ Т-40

■ Т-50

■Т-60

■Т-ВБ

■ВБ

Рис. 1 - Зависимость предела прочности бетона на сжатие от величины В/Ц Ц1П2Щ1-28 - соответственно цемент №1, мелкий заполнитель №2, крупный

заполнитель №1 по табл. 1, возраст 28 сут; Т - по формуле й = [5] при

активности цемента 40,50, 60 МПа; Т-ВБ - по формуле И = для высокопрочного бетона [5]; ВБ - высокопрочный бетон (В60 и выше)

На рис. 2 представлена зависимость удельного расхода цемента от предела прочности бетона в возрасте 28 сут.

Рис. 2 - Зависимость удельного расхода цемента от предела прочности бетона в возрасте 28 сут; Т - по формуле (2); Ц1П2Щ1 - соответственно цемент №1, мелкий заполнитель №2, крупный заполнитель №1 по табл. 1

Из представленных на рис. 2 данных очевидно:

- удельный расход цемента снижается с ростом предела прочности бетона на сжатие, что соответствует данным [5,14,17,19];

- все данные четко оформились в две группы - левая характеризуется

33

расходом цемента порядка 400 кг/м , а правая - 520 кг/м , при этом очевидно, что в исследованных составах с высоким расходом цемента эффективность использования его активности низкая, что может быть обусловлено, в т.ч., низким сцеплением заполнителя с цементным камнем, собственными деформациями цементного камня, которые при низком значении В/Ц более выражены [9,15,18];

- все значения удельного расхода цемента исследованных составов бетона на рис. 2 превышают значения, определенные по ф.(2, линия Т на рис. 2), что свидетельствует о невысокой эффективности использования потенциала цемента в бетоне;

- лучшими показателями удельного расхода цемента характеризуются составы Ц2П2(П1)Щ1(Щ2), в связи, с чем можно сделать вывод о том, что влияние заполнителей на предел прочности бетона явно не выражено, при этом предпочтение следует отдать цементу Ц2, хотя его активность по паспорту несколько ниже, чем Ц1.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На рис. 3 представлена зависимость удельного расхода цемента от предела прочности бетона в возрасте 90 сут.

Рис. 3 - Зависимость удельного расхода цемента от предела прочности бетона в возрасте 90 сут; Т - по формуле (2); Ц1П2Щ1 - соответственно цемент №1, мелкий заполнитель №2, крупный заполнитель №1 по табл. 1

Из представленных на рис. 3 данных очевидно, что все закономерности, отмеченные для данных на рис. 2, сохранились, при этом четко фиксируются составы, для которых удельный расход цемента ниже определенного по ф.(2 - линия Т на рис.3), что свидетельствует о высокой эффективности использования потенциала вяжущего в бетоне в возрасте 90 сут, особенно для состава Ц2П2Щ2, показатель удельного расхода цемента у которого менее 6,2 (кг/м )/МПа. При этом лучший показатель удельного расхода цемента у составов на цементе Ц1 составляет 6,8 (кг/м )/МПа, причем для бетонов с более высокой прочностью он несколько возрастает, что противоречит общей тенденции. Особенно наглядно сравнение состава Ц2П2Щ2 с пределом прочности 85,3 МПа (Ц/Яб = 6,1 (кг/м3)/МПа) и

Ц1П2Щ2 с пределом прочности 72,6 МПа (Ц/Яб = 7,16 (кг/м3)/МПа). В возрасте 90 сут класс бетона В60 (Яб = 72 МПа) на цементе Ц2 может быть

33

получен при расходе цемента примерно 440 кг/м , а Ц1 - 515 кг/м , т.е. с перерасходом 75 кг/м3, что в денежном эквиваленте для СРВ составляет $ 5,42/м3 (270 руб/м3).

Особого внимания заслуживает тот факт, что показатели предела прочности на сжатие исследованных составов и, закономерно, значения удельного расхода цемента значительно улучшились к трехмесячному возрасту. Рост прочности по исследованным составам к трем месяцам составил от 15 до 33%. Согласно БК 1992-1-1 нарастание прочности бетона во времени описывается формулой

(3)

согласно которой за период от 28 до 90 сут нарастание прочности для медленнотвердеющего бетона составляет 18%.

Исследованные составы характеризуются не меньшим, а в ряде случаев большим значением прироста прочности, что позволяет отнести их к медленнотвердеющим. Но медленное твердение не характерно для портландцемента на основе клинкера с содержанием С3Б более 64 % и удельной поверхностью не менее 3500 г/см . Возможно, замедление твердения вызвано наличием суперпластификатора. Вопрос требует специального изучения. Получение высокопрочного бетона только за счет снижения величины В/Ц малоэффективно.

Таким образом, в СРВ могут быть получены высокопрочные бетоны с удельным расходом цемента порядка 6 (кг/м3)/МПа, при этом для производства высокопрочных бетонов в северных областях СРВ целесообразно:

- использовать исследованные крупные и мелкие заполнители и портландцемент Бут Шон;

- исследовать возможность повышения сцепления цементного камня с крупным заполнителем, например, посредством введения в состав бетонной смеси активного микрокремнезема в виде золы рисовой шелухи [1,8];

- исследовать влияние суперпластифицирующих добавок, применяемых в СРВ, на кинетику твердения цементов и бетонов и определить группу добавок, оказывающих минимальное замедляющее действие на рост прочности бетона в ранний период.

Литература

1. Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны: Издательство АСВ, 2006. 368 с.

2. Батудаева А.В., Высокопрочные модифицированные бетоны из самовыравнивающихся смесей / А.В. Батудаева, Г.С. Кардумян, С.С. Каприелов // Бетон и Железобетон. 2005. №4. С. 14-18.

3. Берг О.Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. - М.: Стройиздат, 1971. 208 с.

4. Гладков Г.И. Физико-химические основы прочности бетона. - М.: Изд-во АСВ, 1998. 136 с., ил.

5. Давидюк А.Н. Эффективные бетоны для современного высотного строительства: монография / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев. - М.: Издательство ООО «НИПКЦ Восход-А», 2010. 148с.: ил.

6. Давидюк А.Н., Маилян Д.Р., Несветаев Г.В. Самоуплотняющиеся высокопрочные и легкие бетоны на пористых заполнителях для эффективных конструкций// Технологии бетонов. 2011. № 1-2. С. 57.

7. Калашников, В.И. Расчет состава высокопрочных самоуплотняющихся бетонов / В.И. Калашников // Строительные материалы. 2008. №10. С. 4-6.

8. Каприелов, С.С. Новые модифицированные бетоны / С.С. Каприелов,

A.В. Шейнфельд, Г.С. Кардумян. - М.: «Типография «Парадиз», 2010. 258 с.

9. Несветаев Г.В., Кардумян Г.С. Прочность цементного камня с суперпластификаторами и органоминеральными модификаторами с учетом его собственных деформаций при твердении// Бетон и железобетон. 2013. №5. С. 6-8.

10. Структура и свойства высокопрочных бетонов, содержащих комплексный органоминеральный модификатор «ЭМБЭЛИТ»/ С.С.Каприелов [и др.] / Бетон и железобетон - пути развития: материалы II Всероссийской международной конференции по бетону и железобетону. М., 2005. Том 3. С.657-671.

11. Структурообразование и разрушение цементных бетонов/ В.В. Бабков,

B.Н. Мохов, С.М. Капитонов, П.Г. Комохов. - Уфа, ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2002. 376 с.

12. Несветаев Г.В., Ву Ле Куен Анализ материалов для производства бетонов классов В40 и выше во Вьетнаме // Науковедение, Том 7, №3 (2015) URL: 43 TVN 315

13.Несветаев Г.В., Ву Ле Куен Модель для оценки сцепления цементного камня с заполнителем по величине предела прочности бетона при осевом растяжении Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №3 (2017) URL: 11TVN317.pdf

14. Несветаев, Г.В. К вопросу выбора критериев эффективности бетонов/ Г.В. Несветаев, Е.В. Виноградова, Ю.Ю. Лопатина// Научное обозрение. 2016. №2. С. 34-41.

15. Несветаев, Г.В. Влияние собственных деформаций на пористость и свойства цементного камня / Г.В. Несветаев, Г.С. Кардумян // Строительные материалы. 2015. №9. С. 38-42.

16. Zia P., Leming M.L., Ahmad S.H. High-Performance Concrete: A State-of-the-Art Report. Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington, D. C., 1991, 251 p.

17. Несветаев Г.В., Нажуев М.П., Ву Ле Куен Изучение изменения состава бетонной смеси и кинетики прочности бетона при центрифугировании на примере опыта производства опор ЛЭП на предприятиях Социалистической Республики Вьетнам // Инженерный вестник Дона, 2018, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4861.

18. Marian Sabau, Traian Onet, Ana Ioana Petean. Hardened properties of self-compacting concrete / First International Conference for PhD students in Civil Engineering CE-PhD. DOI: 10.6084/M9.FIGSHARE.3483008.

19. Yuvaraj L. Bhirud, Keshav K. Sangle. Comparison of Shrinkage, Creep and Elastic Shortening of VMA and Powder Type Self-Compacting Concrete and Normal Vibrated Concrete // OJCE. 2017. Vol. 7. № 1. pp. 26-30.

20. Несветаев Г.В., Та Ван Фан. Влияние белой сажи и метакаолина на прочность и деформационные свойства цементного камня // Инженерный вестник Дона, 2012, №4 (часть 1) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p1y2012/1110.

References

1. Bazhenov Yu.M., Dem'yanova V.S., Kalashnikov V.I. Modificirovanny'e vy' sokokachestvenny' e betony' [Modified high strength concreteх]. Izdatel'stvo ASV, 2006. 368 p.

2. Batudaeva A.V., Vy sokoprochny' e modificirovanny ' e betony' iz samovy'ravnivayushhixsya smesej A.V. Batudaeva, G.S. Kardumyan, S.S. Kaprielov Beton i Zhelezobeton. 2005. №4. pp. 14-18.

3. Berg O.Ya., Shherbakov E.H., Pisanko G.N. Vy'sokoprochny'j beton [High strength concrete]. M.: Strojizdat, 1971. 208 p.

4. Gladkov G.I. Fiziko-ximicheskie osnovy' prochnosti betona [Physico-chemical basis of concrete strength]. M.: Izd-vo ASV, 1998. 136 p., il.

5. Davidyuk A.N. E'ffektivny'e betony' dlya sovremennogo vy'sotnogo stroiterstva [Effective concretes for modern high-rise construction]: monografiya «NIPKCz Vosxod-A», 2010. 148 P.: il.

6. Davidyuk A.N., Mailyan D.R., Nesvetaev G.V. Texnologii betonov. 2011. № 1-2. P. 57.

7. Kalashnikov, V.I. Stroitel'ny'e materialy'. 2008. №10. pp. 4-6.

8. Kaprielov, S.S. Novy'e modificirovanny'e betony' [New modified concretes] S.S. Kaprielov, A.V. Shejnfel'd, G.S. Kardumyan. M.: «Tipografiya «Paradiz», 2010. 258 p.

9. Nesvetaev G.V., Kardumyan G.S. Beton i zhelezobeton. 2013. №5. pp. 6-8.

10. S.S.Kaprielov [i dr.] Beton i zhelezobeton - puti razvitiya: materialy' II Vserossijskoj mezhdunarodnoj konferencii po betonu i zhelezobetonu. M., 2005. Tom 3. pp.657-671.

11. Babkov V.V., Mokhov V.N., Kapitonov S.M., Komokhov P.G. Strukturoobrazovanie i razrushenie cementnykh betonov [Structure formation and destruction of cement concretes]. Ufa, GUP «Ufimskij poligrafkombinat», 2002. 376 p.

12.Nesvetaev G.V., Vu Le Kuen Naukovedenie, Tom 7, №3 (2015) URL: 43 TVN 315

13.Nesvetaev G.V., Vu Le Kuen Internet-zhurnal «NAUKOVEDENIE» Tom 9, №3 (2017) URL: naukovedenie.ru/PDF/11TVN317.pdf

14. G.V. Nesvetaev, E.V. Vinogradova, Yu.Yu. Lopatina Nauchnoe obozrenie. 2016. №2. pp. 34-41.

15. Nesvetaev G.V., G.S. Kardumyan StroiteFny'e materialy. 2015. №9. pp. 38-42.

16.Zia P., Leming M.L., Ahmad S.H. High-Performance Concrete: A State-of-the-Art Report. Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington, D. C., 1991, 251 p.

17. Nesvetaev G.V., Nazhuev M.P., Vu Le Kuen Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4861.

18.Marian Sabau, Traian Onet, Ana Ioana Petean. First International Conference for PhD students in Civil Engineering CE-PhD. DOI: 10.6084/M9.FIGSHARE.3483008.

19.Yuvaraj L. Bhirud, Keshav K. Sangle. OJCE. Vol. 7. №1. pp. 26-30.

20. Nesvetaev G.V., Ta Van Fan Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4 (Part 1). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p1y2012/1110.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.