CC BY
80
УДК 69.05(07)
ОСОБЕННОСТИ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОНОВ
К.М. Мозгалёв, С.Г. Головнев
FEATURES OF EARLY FREEZING OF SELF-COMPACTING CONCRETE
K.M. Mozgalev, S.G. Golovnev
Исследуется влияние замораживания самоуплотняющегося бетона в раннем возрасте на дальнейший набор прочности при твердении в нормальных температурно-влажностных условиях. По полученным результатам сделан вывод о величине критической прочности.
Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, монолитные конструкции, раннее замораживание, критическая прочность.
The article is devoted to the research of the influence of early freezing of self-compacting concrete on further development of strength under normal temperature and humidity conditions. According to the obtained results the conclusion on the value of the critical strength is made.
Keywords: self-compacting concrete, monolithic construction, early freezing, critical strength.
Исследованию влияния раннего замораживания бетона на его свойства посвящены многие работы отечественных ученых: И.А. Киреенко, Б.А. Крылова, С.А. Миронова и многих других. В частности, в этих работах особое внимание уделено изучению влияния замораживания бетона в раннем возрасте на дальнейший набор прочности при твердении в нормальных температурновлажностных условиях, а также кинетики замерзания и оттаивания, поскольку температурный фактор является основополагающим в формировании требуемых свойств на этапе выдерживания монолитных конструкций в зимний период. На основе теоретических и экспериментальных исследований всеми названными и многими другими учеными сделан вывод о критической прочности бетона. При этом под критической прочностью подразумевается такая прочность бетона, после достижения которой замораживание уже не вносит необратимых нарушений в структуру бетона, а замороженный бетон после оттаивания набирает проектную прочность (прочность бетона в возрасте 28 суток, не подвергавшегося замораживанию) [3, 4].
Поскольку результаты указанных исследований, которые нашли отражение в таблице 6 СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» [2], были получены сравнительно давно, они не могли учитывать особенностей модифицированных составов бетонов с эффективными комплексными добавками. К тому же для качественной актуализации строительных норм и правил, предусмотренной ч. 5 ст. 42 Федерального закона
РФ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [1], необходимы современные данные, основанные на фундаментальных теоретических и экспериментальных исследованиях.
Особый интерес для изучения данной проблемы представляют самоуплотняющиеся бетоны, которые около десяти лет успешно применяются на строительных объектах развитых зарубежных стран и если не сегодня, то завтра появятся и на стройках нашей страны. Самоуплотняющиеся бетоны имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными бетонами, но, тем не менее на данный момент в России нет нормативов, позволяющих разрабатывать современные организационно-техно -логические решения, основанные на применении таких бетонов при устройстве монолитных конструкций, в том числе в зимних условиях [5].
Для определения величины критической прочности для самоуплотняющихся бетонов на кафедре «Технология строительного производства» ЮжноУральского государственного университета проводятся экспериментальные исследования, при которых изучается влияние замораживания такого бетона в раннем возрасте на дальнейший набор прочности при нормальном твердении, а также кинетика замерзания и оттаивания. В данной статье приведены результаты эксперимента с самоуплотняющимся бетоном класса B30. Бетон этого класса наиболее часто применяется при возведении монолитных зданий. Исследования проводились на образцах размером 100 х 100 х 100 мм, изготовленных из бетонной смеси с добавками двух
Технология и организация строительного производства
видов: пластификатора на основе поликарбокси-латного эфира 01епшш 115 и стабилизатора вязкости КИеоМАТШХ 100 (дозировка соответственно
0,8 и 0,1 % от массы цемента). Обе добавки разработаны концерном ВА8Б, являющимся крупнейшим в мире производителем химических продуктов и систем для строительства.
Бетонные образцы замораживались при температуре -15 °С в течение 1 суток сразу после приготовления, а также при прочности 12 и 24 % от R28. Значения прочности образцов при замораживании определены по результатам пробных экспериментов. Выбор температуры замораживания обусловлен условиями производства бетонных работ: средняя температура наружного воздуха в зимний период на территории Урала составляет около -15 °С. Оттаивание и последующее твердение бетона производилось в камере нормального хранения в течение такого периода, чтобы общее время нахождения образцов в нормальных условиях равнялось 28 суткам. Контрольные образцы 28 суток твердели в нормальных условиях (рис. 1).
Измерение температуры бетона осуществля-
лось с помощью приборного комплекта, состоящего из хромель-копелевых термопар и многоканального регистратора Терем 4.1, который обеспечивает автоматизированное получение температур для дальнейшей их компьютерной обработки [6].
На рис. 2 представлена кинетика замерзания и оттаивания бетона.
Измерение температуры бетона в период замораживания и оттаивания показало, что замерзание жидкой фазы и оттаивание твердой фазы сопровождается временной стабилизацией температуры, а в некоторых случаях - периодом незначительного ее изменения. Это явление при кристаллизации обусловлено выделением тепла, а при плавлении - поглощением. Длительность периодов и температура стабилизации при прочих равных условиях зависит от количественного соотношения свободной и связанной частей в момент замораживания жидкой фазы, а в момент оттаивания - твердой. Однако стабилизация температуры бетона при оттаивании во всех случаях оказалась более продолжительной, чем при замораживании. Измерения также показывают, что при кристалли-
• -> * V**- Я*
Рис. 1. Бетонные образцы перед замораживанием в климатической камере и камере нормального хранения
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Время выдерживания, ч
Рис. 2. Изменение температуры бетона в период замораживания и оттаивания
44
Вестник ЮУрГУ, № 38, 2012
Мозгалёв К.М., Головнев С.Г.
Особенности раннего замораживания самоуплотняющихся бетонов
Влияние раннего замораживания при -15 °С на прочность самоуплотняющегося бетона класса В30
Условия выдерживания образцов Нормальное хранение Заморожены при прочности, % от R28
0 12 24
Прочность бетона через 28 суток твердения в нормальных условиях, МПа / % от R28 42,2 / 100 27,9 / 66 40,1 / 95 43,1 / 102
зации жидкой фазы температура бетона стабилизируется при более высоких ее значениях, чем в период оттаивания твердой фазы. В свежеприготовленном бетоне количество продуктов гидратации цемента мало, поэтому почти вся вода находится в свободном состоянии и замерзает при высоких отрицательных температурах за сравнительно длительный период. С увеличением прочности бетона к моменту замораживания вследствие гидратации цемента количество свободной воды уменьшается, а связанной - увеличивается, поэтому вода замерзает при более низких отрицательных температурах значительно быстрее.
Влияние замораживания бетона в раннем возрасте на дальнейший набор прочности при твердении в нормальных температурно-влажностных условиях представлено в таблице.
Анализируя данные, представленные в таблице, можно сделать вывод, что потери прочности бетоном получаются тем больше, чем раньше он был заморожен. Особенно большое отставание в нарастании прочности происходит при замораживании бетона сразу после приготовления. В основном это объясняется тем, что в свежеприготовленном бетоне преобладает капиллярная пористость, которая является наиболее опасной с точки зрения нарушения структуры при замерзании жидкой фазы. При твердении бетона продукты гидратации цемента, заполняя капиллярные поры, постепенно превращают их в контракционные и гелевые. Контракционные поры чаще всего заполнены воздухом и выполняют функцию буферных пространств, в которых гасится гидравлическое и кристаллизационное давление при агрессивном воздействии среды.
В данном эксперименте после достижения бетоном прочности 18 % от R28 замораживание не показало существенных нарушений в наборе им прочности при дальнейшем нормальном твердении. Кроме того, замораживание данного бетона при прочности 18-24 % от R28 привело к незначительному приращению его конечной прочности. Это объясняется тем, что замораживание ускоряет и усиливает процесс гидратации цемента после оттаивания, поскольку возникающие при замерзании в бетоне капиллярные поры являются канала-
ми, по которым вода при оттаивании может проникнуть внутрь зерна, вовлекая в гидратацию новые порции цемента.
Экспериментально полученное снижение величины критической прочности для самоуплотняющихся бетонов по сравнению с обычными бетонами объясняется наличием в их составе пластифицирующих добавок, которые за счет лучшего уплотнения структуры бетона увеличивают его плотность и уменьшают общую пористость, в том числе капиллярную.
Таким образом, исследование влияния раннего замораживания самоуплотняющихся бетонов на дальнейший набор прочности при твердении в нормальных температурно-влажностных условиях позволило установить величину критической прочности, которая оказалась значительно меньше соответствующих значений, полученных ранее для обычных бетонов аналогичного класса по прочности на сжатие.
Литература
1. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений: Федеральный закон от 30.12.2009 г. № 384-Ф3. - М.: Изд-во АСТ. - 20 с.
2. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: Изд-во стандартов, 1996. -192 с.
3. Головнев, С.Г. Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов / С.Г. Головнев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. -148 с.
4. Миронов, С.А. Теория и методы зимнего бетонирования / С.А. Миронов. - М.: Стройиздат, 1975. - 700 с.
5. Компьютерный контроль и регулирование процессов выдерживания бетона в зимних условиях / С.Г. Головнев, Г.А. Пикус, К.М. Мозгалёв, С.А. Савинов // Академический вестник УралНИИ-проект РААСН. - 2010. - Вып. 2. - С. 75-78.
6. Мозгалёв, К.М. Самоуплотняющиеся бетоны: возможности применения и свойства / К.М. Мозгалёв, С.Г. Головнев //Академический вестник УралНИИпроект РААСН. - 2011. - Вып. 4. -С. 70-74.
Поступила в редакцию 10 апреля 2012 г
