CC BY
10Модель формирования коррозионностойких веществ при применении уплотняющих присадок
о сч о сч
со
о ш m
X
<
m о х
X
Суворова Анна Анатольевна
кандидат технических наук, доцент, кафедра материаловедения и технологии машиностроения, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, lannas2073@gmail.com
Бетон широко используется в строительстве, что обусловлено его универсальными конструкционными и физическими свойствами, которые обеспечивают высокую прочность, огнестойкость, звукоизоляцию, способность противостоять внешним воздействиям и долговечность возведенных зданий и сооружений различных типов. Характеризуясь, кроме этого, высокой термической массой, бетоны представляют значительный интерес при сооружении наружных ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, что дает возможность реализовать принципы энергоэффективного и экологического строительства. Другим перспективным направлением внедрения тяжелых бетонов является развитие и ремонт дорожной инфраструктуры, что обеспечит скорость, безопасность и комфорт движения при растущих транспортных нагрузках. В работе рассматриваются аспекты применения пластификаторов и ограничителей распространения бетона, которые позволяют придать прочность бетону и повысить его коррозионную стойкость. Ключевые слова: коррозия, бетон, вяжущие вещества, структура, долговечность.
Одним из эффективных инновационных решений применения тяжелых бетонов для проектирования и сооружения энергоэффективных домов является использование несъемной опалубки - технологии QuadLock и "Тех-ноблок". Модульная облицовочная опалубка ("Тех-ноблок") или опалубка-утеплитель (Quad-Lock) устанавливаются рядами, образуя единую опалубочную систему для стен дома, внутреннее пространство которой заполняется бетоном. Развитие дорожной инфраструктуры, которая предполагает строительство современных автомагистралей с высокими транспортно-эксплуа-тационными характеристиками и быстрый ремонт транспортной сети, требует использования быстротвердею-щих дорожных бетонов, которые удовлетворяют требования, связанным со сложными условиями эксплуатации. Такие бетоны для дорожных и монолитных технологий должны характеризоваться высокой подвижностью бетонной смеси для качественной ее укладки и быстрым набором прочности для обеспечения необходимых темпов строительства в различных температурных условиях, что требует необходимости использования комплексных модификаторов пластифицирующе-ускорительного действия [2, с. 56].
Мировые тенденции жилищного строительства, направленные на реализацию принципов уравновешенного развития, а также постоянный рост цен на энергоносители требуют создания проектов энергосберегающих домов. Принятие директивы 2002/91/WE EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) и изменения в Директиве 2010/31/EU, касающиеся энергетической характеристики зданий и предопределяет применение с 2021 года на территориях Европейского Союза домов только с очень низкой потребностью в энергии, в которых частично будут использованы возобновляемые источники энергии. В этом плане особенно важным для сооружения несущих конструкций энергоэффективных зданий является использование тяжелого бетона, который характеризуется высокой термической массой, что обеспечивает тепловую стабильность помещений, оптимизацию поступления солнечной энергии и приводит к уменьшению количества энергии на отопление и охлаждения, созданию комфортных условий помещений, снижению средств эксплуатации дома и эмиссии парниковых газов [1, с. 199].
Во время строительства энергоэффективных домов с использованием тяжелого бетона широко внедряются технологии с применением несъемной опалубки, в частности Quad-Lock и Техноблок. Несъемная опалубка, изготовленная из теплоизоляционных материалов, образует единую опалубочную систему для стен дома и заполняется бетоном. К преимуществам таких систем относят высокие теплостойкость, теплотехнические и звукоизоляционные показатели ограждающих конструкций, концепцию пассивного обогрева и охлаждения, отсутствие теплопроводных включений, простоту технологического процесса возведения конструктивных элементов дома, экономию средств на сооружение фундаментов, возможность индивидуального подбора толщины
опалубки-утеплителя и проведения строительных работ в течение года [9, с. 604].
Внедрение в строительство систем несъемной опалубки предопределяет возникновение ряда задач в технологии бетона, что связано с обеспечением высокой технологичности бетонных смесей, интенсивным темпам набора ранней прочности бетона, расширением возможностей проведения бетонирования в течение года, повышением долговечности бетона в конструкциях. Технология монолитного бетонирования требует также нового подхода к созданию структуры цементной матрицы, основой которого является регулирование процесса структурообразования и заключается в наиболее полном использовании вяжущих свойств портландцемента с целью обеспечения высоких эксплуатационных характеристик строительных конструкций из бетонных смесей повышенной подвижности и приводит к необходимости модификации их свойств химическими добавками [3, с. 472]. В последнее время росту эффективности решения технологических проблем монолитного бетонирования в значительной степени способствует разработка и внедрение группы модификаторов - суперпластификаторов новой генерации ультрадисперсных наполнителей, многофункциональных добавок [7, с. 72].
Высокий уровень эксплуатационных характеристик дорожных бетонов, подвергающихся многократно повторяющимся силовым, влажно-температурным и коррозионным воздействиям, обеспечивается за счет оптимизации структуры конструктивного материала с целью устранения дефектов и неоднородностей в результате несовершенства технологического процесса и достигается применением комплексных модификаторов.
Эффективными модификаторами цементных систем являются добавки пластифицирующей группы на основе высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (лигносульфонаты, сульфонафталинформальде-гиды, поликарбоксилаты, полиакрилаты), которые позволяют уменьшить количество воды затворения на 1030 % при сохранении заданной подвижности. Механизм действия этих добавок обусловлен адсорбционным модифицированием поверхности портландцемента за счет создания мономолекулярного слоя на его частицах, что обеспечивает стабилизацию микрогетерогенной системы во время реализации адсорбционно-сольватного, электростатического, структурно-механического факторов. В то же время при повышенной подвижности может снижаться ранняя прочность цементных систем, модифицированных добавками-пластификаторами [5, с. 218].
Химическая активация твердения портландцемент-ных систем заключается в использовании добавок электролитов, которые действуют на вяжущее на молекулярном уровне и влияют на возникновение зародышей или на скорость роста кристаллов. Добавки-ускорители реагируют с вяжущим с образованием малорастворимых соединений_[4, с. 25]. В результате реакции обмена выделяется кальция гидроксид в раствор и повышается растворимость силикатных составляющих портландцемента. Одновременно ускоряется коагуляция коллоидного раствора, при которой зерна цемента и гидратных новообразований сближаются за счет чего распределение пор по размерам смещается в область большей дисперсности. В то же время традиционные добавки-уско-
рители могут негативно влиять как на бетоны, так и арматуру, что снижает их эксплуатационные и строительно-технические свойства_[10, с. 19].
С учетом коллоидно-химических явлений синергизма и совместимости в цементных системах для интенсифицирования твердения бетонов при высокой подвижности целесообразно использовать комплексные модификаторы на основе пластификаторов и ускорителей твердения_[8, с. 30]. Особые свойства комплексных добавок позволяют регулировать скорость твердения и одновременно изменять подвижность, однородность, структуру цементной матрицы бетона и его эксплуатационные характеристики. Полученный эффект обусловлен формированием однородной субмикропористой структуры с максимально равномерным распределением в ее объеме аморфной и кристаллической фаз гид-ратных новообразований.
Цель работы - исследование влияния добавок пла-стифицирующе-ускорительного действия на реологические и физико-механические свойства мелкозернистых бетонов_[6, с. 21].
Для приготовления мелкозернистых бетонов использовали портландцементы общестроительного назначения CERM4300 HeidelbergCement и Dyckerhoff. В качестве мелких заполнителей к бетону использовали кварцевые пески Darmstadt (Мкр=1,39) и Ingolstadt месторождений (Мкр=2,23). Для повышения эффективности и обеспечения улучшенных свойств мелкозернистых бетонов как химические модификаторы использовали добавки на основе поликарбоксилатов (AGE 430, GLENIUM 115), меланинформальдегидов (FM-20), суль-фонафталинформальдегидов (SM-21), лигносульфона-тов (SL-4), а также комплексные модификаторы пласти-фицирующе-ускорительного действия торговой марки Centrament Rapid 670 и CEE430. Для приготовления комплексных добавок на основе поликарбоксилатов AGE 430, GLENIUM 115 применяли ускорители твердения -неорганические соли Na2SO4 и Na2S2O3.
Формирование структуры бетона и создание материала необходимыми свойствами определяется прежде всего технологическими факторами - количеством и качеством заполнителей, марки и количества портландцемента, количества введенной воды, наличия добавок. В работе исследовали влияние мелкого заполнителя, характеризующегося различным модулем крупности, на раннюю прочность мелкозернистых бетонов (Ц:П=1:2) на основе CERM430 HeidelbergCement и Dyckerhoff (табл. 1). Водоцементное отношение мелкозернистого бетона с использованием песка Darmstadt месторождения, который относится к группе очень мелких, увеличивается на 18-25 % по сравнению с бетоном, мелкий заполнитель которого - песок Ingolstadt месторождения.
Использование мелкого песка Darmstadt месторождения требует повышенного потребления воды для получения однородных бетонных смесей и вызывает снижение прочности мелкозернистого бетона во все сроки твердения по сравнению с бетоном на основе Ingolstadt песка. Так, ранняя прочность бетона на основе CERM430 HeidelbergCement с использованием в качестве мелкого заполнителя Darmstadt песка снижается в 3,5 раза по сравнению с бетонами на Ingolstadt песка, а на основе CERM430 Dyckerhoff - в 2,5 раза. Через 28 суток твердения наблюдается снижение прочности бетона на Darmstadt песке в 1,7-1,8 раза по сравнению с бетоном на Ingolstadt песке.
X X
о го А с.
X
го m
о
2 О
м о
о
CS
0
CS cd
01
О Ш
m x
<
m о x
X
Результаты испытаний прочности показали, что мелкозернистый бетон на основе CERM430 HeidelbergCement характеризуется большей скоростью набора прочности по сравнению с мелкозернистым бетоном на основе портландцемента CERM4300 Dyckerhoff. Прочность бетона на основе портландцемента HeidelbergCement через 2 суток твердения составляет 39,3 % от марочной, а через 7 суток - 81,8 %, тогда как при использовании портландцемента Dyckerhoff - 21,4 % и 78,2 % марочной прочности через 2 и 7 суток соответственно. С целью получения максимальной ранней прочности для дальнейших исследований использован портландцемент Darmstadt и песок Ingolstadt месторождения.
Таблица 1
Влияние технологических факторов на прочность мелкозернистого бетона
Портландцемент Мкр песка V/C РК, мм Прочность на сжатие, МПа, в периоде, суток
2 7 28
CERM4300 HeidelbergCement 2,23 0,32 113 25,9 53,9 65,9
1,39 0,38 111 7,3 28,9 36,3
CERM4300 Dyckerhoff 2,23 0,32 110 13,4 49,1 62,8
1,39 0,40 110 5,4 24,4 37,6
контрольным составом. Тогда как добавки на основе по-ликарбоксилатов AGE 430 и GLENIUM 115 обеспечивают незначительное повышение ранней прочности мелкозернистого бетона из высокоподвижных смесей -на 3,6 и 7,2 % соответственно.
Таблица 2
Влияние добавок-пластификаторов на свойства мелкозернистого бетона (V/C = 0,32)
Добавка Количество добавки, мас.% РК, мм АРК, % Прочность на сжатие, МПа, в периоде, суток ДЯст2,% ARcrn28, %
2 7 28
- - 115 - 38,6 53,0 61,6 - -
AGE 430 0,7 220 91,3 39,9 53,8 63,2 3,6 1,0
GLENIU M 115 0,7 228 98,3 41,4 55,4 65,3 7,2 6,0
FM-20 0,7 155 34,8 36,6 45,5 58,4 -5,1 -5,2
SM-21 0,7 140 21,7 33,8 47,6 56,8 -12,4 -7,8
SL-4 0,7 138 20,0 31,5 35,9 51,2 -18,4 -16,9
Улучшение эффективности строительных работ по монолитному бетонированию достигается за счет повышения требований к технологическим характеристикам бетонной смеси, в частности высокой подвижности с сохранением ее на нормируемом уровне в течение определенного периода и отсутствия седиментационных процессов, которые обусловливают водо- и раствороот-деление. Эффективным методом повышения подвижности является модифицирование цементных систем поверхностно-активными веществами, при котором обеспечивается высокий дезагрегирующий эффект за счет адсорбции молекул ПАВ и их определенного ориентирования. Во время исследования влияния пластификаторов различных групп в количестве 0,7 мас.% на реологические свойства мелкозернистого бетона показано, что самым низким пластифицируюзим эффектом характеризуется добавка SL-4 на основе лигносульфонатов ДРК=2 % и добавка SM-21 сульфонафталинформальде-гидного типа с ДРК=21,7 % (табл. 2). Во время введения 0,7 мас.% добавки FM-20 на меланинформальдегидной основе достигается расплыв конуса мелкозернистого бетона 155 мм с получением пластификаторного эффекта 34,8%. Самыми эффективными пластификаторами цементных систем являются добавки на основе поверхностно-активных веществ поликарбоксилатного типа AGE 430 и GLENIUM 115, механизм действия которых определяется электростатическим и структурно-механическим факторами. Они обеспечивают рост рас-плыва конуса мелкозернистого бетона до 220-228 мм, в таком случае пластифицирующий эффект составляет 91,3-98,3 %.
Надо отметить, что введение пластификаторов на основе лигносульфонатов и сульфонафталинформаль-дегидов вызывает снижение прочности мелкозернистого бетона из высокоподвижных смесей, особенно в ранние сроки твердения. Через 2 суток прочность бетона, модифицированного добавками лигносульфонат-ного и сульфонафталинформальдегидного типа, снижается соответственно на 18,4% и 12,4% по сравнению с
Уменьшение негативного влияния некачественных заполнителей и добавок-пластификаторов, в частности снижение ранней прочности цементных систем из-за повышенной подвижности, достигается использованием комплексных модификаторов пластифицирующе-уско-рительного действия. В работе исследовано влияние комплексных добавок на основе лигносульфонатов CEE430 и сульфонафталинформальдегидов CentramentRapid 670 на свойства мелкозернистых бетонов на основе CERM430 и песка Darmstadt месторождения. Эффективность действия комплексных модификаторов определяется получением пластифицирующих эффектов при использовании CentramentRapid 670 62,298,2%, а CEE430 - 46,8-132,4%. Комплексные добавки положительно влияют на прочность при сжатии мелкозернистого бетона в течение всего периода твердения. Введение добавок Centrament Rapid 670 и CEE430 в количестве 0,75 мас. % обусловливает увеличение рас-плыва конуса в 1,9 и 2,2 раза соответственно, ранняя прочность возрастает в 1,4 раза, а прочность через 28 суток - 1,6 раза. Повышение дозировки добавок до 2 мас.% вызывает снижение прочности мелкозернистого бетона.
Исследованиями воздействия комплексных добавок на основе поликарбоксилатных пластификаторов (0,5 мас.%) и ускорителей твердения Na2SO4 и Na2S2O3 (1 мас.%) на свойства мелкозернистых бетонов из высокоподвижных смесей (РК=180-215 мм) показано, что прочность модифицированных бетонов через 1 сутки твердения возрастает на 6-18 % по сравнению с бетоном, модифицированным пластификатором GLENIUM 115, и на 6-27 % по сравнению с бетоном с добавкой AGE 430.
Через 7 суток твердения прочность бетонов с комплексными модификаторами на основе AGE 430 возрастает на 7,4-10,7 % и на 21,8-25,7 % с комплексными модификаторами на основе GLENIUM 115 по сравнению с контрольным составом без добавок (РК = 115 мм).
Современное строительство направлено на максимальное сокращение энергетических и материальных ресурсов при возведении и эксплуатации зданий и сооружений. Внедрение энергосберегающих технологий в жилищном строительстве на этапе эксплуатации достигается проектированием энергоэффективных зданий, в том числе с применением систем несъемной опалубки,
в дорожном строительстве - проектированием долговечного дорожного полотна с длительным межремонтным периодом. На этапе сооружения принципы энергоэффективности реализуются за счет использования бетонов из высокоподвижных смесей. Необходимые реологические свойства бетонных смесей, ранняя и марочная прочность, а также необходимые эксплуатационные свойства затвердевших бетонов обеспечиваются использованием качественных заполнителей, комплексных модификаторов пластифицирующе-ускорительного действия.
Литература
1. Бадикова А.Д., Сидельников А.В., Ширяева Р.Н., Мазитова А.К., Сахибгареев С.Р., Латыпов В.М., Зайцева Л.Р., Абдульминев К.Г. Определение соединений кремния в составе заполнителей бетона из отходов производств // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2018. Т. 10. № 6. С. 184-200.
2. Ерофеев В.Т., Федорцов А.П., Федорцов В.А. Повышение коррозионной стойкостицементных композитов активными добавками // Строительство и реконструкция. 2020. № 2 (88). С. 51-60.
3. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Лавров И.Ю. Перспективы применения геополимерных бетонов в качестве коррозионностойкой альтернативы портландце-ментного бетона // E-Scio. 2019. № 12 (39). С. 469-475.
4. Ерошкина Н.А., Чамурлиев М.Ю., Коровкин М.О. Сернокислотная коррозия геополимерных бетонов с минеральными добавками на основе отходов // Транспортные сооружения. 2019. Т. 6. № 3. С. 25.
5. Петрова Т.М., Полетаев А.В., Чистяков Э.Ю. К вопросу о коррозионной стойкости предварительно напряженной арматуры в транспортных конструкциях после длительной эксплуатации // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 6 (77). С. 215-219.
6. Соловьева В.Я., Степанова И.В., Соловьев Д.В., Ершиков Н.В. Бетон повышенной коррозионной стойкости для транспортного строительства // Транспортное строительство. 2019. № 3. С. 20-22.
7. Степанова В.Ф., Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Баев С.М. Определение коррозионной стойкости торкрет-бетона как защитного покрытия бетонных и железобетонных конструкций // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 69-73.
8. Толыпина Н.М., Щигорева Е.М., Головин М.В., Щигорев Д.С. Повышение коррозионной стойкости бетонов путем применения активных заполнителей второго типа // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова . 2019. № 2. С. 27-32.
9. Толыпина Н.М., Щигорева Е.М., Головин М.В., Щигорев Д.С. Применение заполнителя из нефелинсо-держащих пород в бетонах повышенной коррозионной стойкости // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. Т. 15. № 4 (62). С. 596-605.
10. Zelenyak, A., & Kostyukov, S. (2018). Features of the development of architectonics of crowns of bushes as a criterion of decorativeness in green building. World Ecology Journal, 8(3), 1-22. https://doi.org/https://doi.org/10.25726/NM.2019.99.51.001
Model of the formation of corrosion-resistant substances when
using sealing additives Suvorova A.A.
Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy
named after K.A. Timiryazev Concrete is widely used in construction due to its universal structural and physical properties, which provide high strength, fire resistance, sound insulation, the ability to withstand external influences and the durability of erected buildings and structures of various types. Characterized, in addition, by a high thermal mass, concretes are of considerable interest in the construction of external enclosing structures of residential and public buildings, which makes it possible to implement the principles of energy efficient and environmentally friendly construction. Another promising direction for the introduction of heavy concrete is the development and repair of road infrastructure, which will ensure the speed, safety and comfort of traffic with growing traffic loads. The paper discusses the aspects of the use of plasticizers and concrete limiters, which can give strength to concrete and increase its corrosion resistance. Key words: corrosion, concrete, binders, structure, durability. References
1. Badikova A.D., Sidelnikov A.V., Shiryaeva R.N., Mazitova A.K.,
Sakhibgareev S.R., Latypov V.M., Zaitseva L.R., Abdulminev K.G. Determination of silicon compounds in the composition of concrete aggregates from industrial waste // Nanotechnology in construction: scientific online journal. 2018.Vol. 10.No. 6.P. 184-200.
2. Erofeev V.T., Fedortsov A.P., Fedortsov V.A. Increasing the corrosion resistance of cement composites with active additives // Construction and reconstruction. 2020. No. 2 (88). S. 51-60.
3. Eroshkina N.A., Korovkin M.O., Lavrov I.Yu. Prospects for the
use of geopolymer concretes as a corrosion-resistant alternative to Portland cement concrete // E-Scio. 2019. No. 12 (39). S. 469-475.
4. Eroshkina N.A., Chamurliev M.Yu., Korovkin M.O. Sulfuric acid
corrosion of geopolymer concretes with mineral additives based on waste // Transport structures. 2019.Vol. 6.No. 3.P. 25.
5. Petrova T.M., Poletaev A.V., Chistyakov E.Yu. On the issue of
corrosion resistance of prestressed reinforcement in transport structures after long-term operation // Bulletin of civil engineers. 2019. No. 6 (77). S. 215-219.
6. Solovieva V.Ya., Stepanova IV, Soloviev DV, Ershikov NV. Concrete of increased corrosion resistance for transport construction // Transportnoe stroitelstvo. 2019.No. 3.P. 20-22.
7. Stepanova V.F., Rosenthal N.K., Chekhny G.V., Baev S.M.
Determination of the corrosion resistance of shotcrete as a protective coating for concrete and reinforced concrete structures. Stroitel'nye materialy. 2018.No. 8.P. 69-73.
8. Tolypina N.M., Shchigoreva E.M., Golovin M.V., Shchigorev D.S.
Increasing the corrosion resistance of concrete by using active aggregates of the second type. Bulletin of the Belgorod State Technological University. V.G. Shukhov. 2019.No. 2.P. 27-32.
9. Tolypina N.M., Shchigoreva E.M., Golovin M.V., Shchigorev D.S.
The use of aggregate from nepheline-containing rocks in concretes with increased corrosion resistance // Bulletin of the Siberian State Automobile and Road University. 2018.Vol. 15.No. 4 (62). S. 596-605.
10. Zelenyak, A., & Kostyukov, S. (2018). Features of the development of architectonics of crowns of bushes as a criterion of decorativeness in green building. World Ecology Journal, 8 (3), 1-22. https://doi.org/https://doi.org/10.25726/NM.2019.99.51.001
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м о
