CC BY
114
Abstract
Article is devoted to experimental and theoretical researches of intensity of a set of durability of the activated concrete. It is shown that after activation of concrete mix durability of concrete increases on the entire period of curing; most intensively durability of the activated concrete increases in the first 3—7 days of curing. Thus in the first 3 - e days, durability of the activated concrete is 60—50% higher than durability of the concrete prepared from usual concrete mix. Further intensity decreases and at age of concrete of 28—36 days durabilities of usual concrete are only 19—14% higher.
In the offered analytical dependence of a logarithmic look by definition in time of durability of the activated concrete synergetic are combined: physical and chemical due to hydration, crystallization, etc., and power at the expense of increase specific superficial energy at activation — the making concrete durabilities.
Keywords:
the activated concrete; durability; intensity; synergetic. Date of receipt in edition: 11.05.17
Date of acceptance for printing: 12.05.17
УДК 69
ПРИМЕНЕНИЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОНОВ В МОНОЛИТНОМ ДОМОСТРОЕНИИ
Ю.В. Николенко, Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова Российский университет дружбы народов
Аннотация
Применение самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении позволит сократить трудозатраты на возведение несущих конструкций и, соответственно, уменьшить сроки строительства. В настоящее время в нашей стране кроме рекламы этого вида бетонов глубоких комплексных исследований не проводилось. Описываемые свойства самоуплотняющихся бетонов (СУБ) это по своей сути реклама модных суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов и полиакрилатов.
Ключевые слова:
самоуплотняющийся бетон, литая бетонная смесь, суперпластификатор, поликарбоксилаты, прочность бетона, осадка стандартного конуса. История статьи:
Дата поступления в редакцию 14.04.17 Дата принятия к печати 18.04.17
Основные технологические достоинства бетонных смесей с такими добавками это равномерное растекание по формам под действием гравитационных сил, что исключает применение вибраторов при их укладке. Однако, эти бетонные смеси очень чувствительны даже к небольшим отклонениям от проектного состава, требуют при приготовлении их достаточно чистых (мытых) заполнителей с точным соблюдением расчетного гранулометрического состава, а так же строгого выполнения технологии бетонирования и обязательного ухода за уложенным бетоном.
В нашей стране еще в начале восьмидесятых годов прошлого века проводились аналогичные работы с применением отечественных суперпластификаторов. Назывались такие бетоны литыми. Эти бетоны прошли апробацию и были внедрены на строительстве ответственных объектов. Кроме того, в середине восьмидесятых годов разработаны и испытаны вяжущие низкой водопотребности (ВНВ). На основе новых вяжущих подобраны составы литых бетонных смесей. Основными ингредиентами этих вяжущих являлись портландцемент, тонкомолотый строительный песок и суперпластификатор С-3. По составу литые бетонные смеси на ВНВ аналогичны предлагаемым составам современных самоуплотняющихся бетонов, но они были разработаны и испытаны на несколько лет ранее.
Для монолитного домостроения, рекламируемые СУБ, не подходят, так как это, как правило, дорогие особо высокопрочные бетоны, применяемые при возведении уникальных зданий и сооружений. Работы по применению литых бетонных смесей классов В20 - В25 не прекращались. Были исследованы вопросы набора прочности литых бетонов при отрицательных температурах. В лабораторных условиях проводились работы по изучению кинетики роста прочности литых бетонов, уложенных в тонкостенные конструкции монолитных зданий при термообработке. Предложена математическая модель определения прочности литого бетона сразу после термообработки и выдержки после нее в течение одних суток.
В последние годы, как за рубежом, так и в нашей стране появились многочисленные публикации о самоуплотняющемся бетоне (СУБ). Само название такого вида бетона говорит о том, что, будучи еще бетонной смесью, он обладает свойством растекаться под действием гравитационных сил без расслоения и водоотде-ления. В рабочем состоянии это гомогенная смесь. При укладке такой смеси в опалубку, чаще всего, отпадает необходимость в ее вибрировании, то есть уплотнении.
При анализе подобных публикаций оказалось, что это реклама суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов (РС или РСЕ) [1, 2] и полиакрилатов. В России в этой области проведено недостаточно исследований.
В публикациях приводят следующие достоинства СУБ, а точнее бетонной смеси, из которой формируется бетон:
- равномерное растекание по формам;
- высокое качество поверхности, формуемых монолитных конструкций;
- охранение заданной подвижности при транспортировке до 60-90 минут без расслоения смеси;
- при укладке в опалубку отпадает надобность в вибрировании (уплотнении);
- сокращение сроков строительства и числа рабочих, занятых на укладке бетона.
Недостатки, присущие СУБ:
- бетонная смесь очень чувствительна даже к набольшим отклонениям в рецептуре. Например, изменение количества воды на 2—3 л/м3 изменяет диаметр расплыва конуса смеси на 50—70 мм при применении суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов;
- приготовление бетонной смеси СУБ необходимо выполнять на чистых (мытых) материалах, соблюдать рекомендуемую гранулометрию;
- применяя бетоны с добавками РС или РСЕ, необходим тщательный подбор составов с учетом видов возводимых конструкций и технологии выполняемых работ и только при положительных температурах наружного воздуха;
- при укладке смеси СУБ необходима четкая организация работ и более тщательный уход, чем за обычным бетоном.
Основные принципы проектирования состава СУБ, изложенные в [3]:
- введение в бетонную смесь с водой затворения суперпластификатора РС или РСЕ, либо им подобных;
- для придания смеси необходимой вязкости в нее вводят молотые кремнезем, гранулированные доменные шлаки, золы-уноса, каменную муку или стабилизирующие добавки, которые, впрочем, не гарантируют, что смесь будет достаточно вязкой, чтобы не происходило ее расслаивание;
- увеличение доли песка до 50 %, а крупность щебня ограничивать в зависимости от степени армирования конструкции от 2 до 16 мм.
Как показывает опыт использования СУБ на уникальных объектах в Японии, Индии, Абу-Даби его класс составлял В60 - В80, подвижность более П5, морозостойкость F400, водонепроницаемость W62 и более, т. е. это особопрочный бетон с большим содержанием цемента высоких марок.
Во всех этих публикациях, как правило, приводят преимущества .высокопрочных СУБ, в то время как отечественный опыт создания таких бетонов даже не упоминают или дают не полностью их характеристики. Сравнение отечественных рекомендаций [4—6] с публикациями о СУБ показывает, что принципиальных различий в подборе составов бетонов практически очень мало. Например, в [5, 6] отсутствуют рекомендации
по введению в смесь тонкомолотых фракций кремнезема, каменной муки, золы-уноса и т. п. Однако после проведения дополнительных исследований тонкомолотые добавки были рекомендованы для получения литого бетона классов В20-В25, применяемого в монолитном домостроении. Кроме того данные добавки и суперпластификатор С-3 стали основой для получения нового вяжущего, а именно вяжущего низкой водопо-требности (ВНВ). На основе ВНВ-50 и ВНВ-70 в конце 80-х годов были подобраны составы литых бетонных смесей, в том числе для применения их при отрицательных температурах [7], но с развалом СССР работы в этом направлении прекратились. Судя по публикациям, рекомендации по подбору составов СУБ на суперпластификаторах поликарбоксилатов не содержат на этот счет никаких указаний.
Литые бетоны прочностью на сжатие 40 и 60 МПа изготовляли на бетонном узле в полевых условиях и укладывали в монолитные конструкции сооружения (В50) и в бетонную подготовку взлетно-посадочной полосы (ВПП) (В30) при строительстве объектов для запуска космического корабля «Буран» в 1980 году. Осадка стандартного конуса при погрузке в транспортные средства составляла 28 см, при укладке в конструкции — 26 см. Дальность возки составляла 25 км. Время доставки равнялось 45—50 мин. Температура наружного воздуха доходила до плюс 35 °С. Несмотря на такие жесткие условия, бетонную смесь укладывали в густо-армированные конструкции без вибрирования. Смесь литого бетона класса В-30 при укладке в бетонную подготовку ВПП растекалась и практически не требовалось ее выравнивания , а тем более вибрирования.
Количество суперпластификатора С-3, вводимое в бетонную смесь для получения литого бетона варьировалось от 0,4 до 1,0 % массы цемента в пресчете на сухое вещество.
В результате производственных испытаний были разработаны рекомендации по приготовлению смесей литых бетонов [4, 5]. Приготовление и транспортирование литых бетонных смесей можно выполнять в двух вариантах, которые сейчас преподносят как новые разработки. Готовые литые бетонные смеси могут быть изготовлены на бетонных заводах или узлах, погружены в автобетоносмесители, которые доставляют их на строительные площадки.
Другой вариант, когда доставка смеси длится один час и более. В этом случае, на заводе готовят обычную бетонную смесь проектной прочности с осадкой стандартного конуса 2-4 см, которую доставляют на объекты в автобетоносмесителях. По прибытию автобетоносмесителя на объект, водитель, которому на бетонном заводе дают емкость с суперпластификатором, вводит ее в бетонную смесь и в течение 10 минут перемешивает. Готовую смесь выгружают в бункера или в бетононасос. В этом случае качество бетонной смеси, как правило, хорошее, но необходим контроль ее подвижности.
В последние годы в лабораториях РУДН проводят исследования по использованию литых бетонных смесей или СУБ, по зарубежной терминологии, в монолитном домостроении.
Известно, что для обеспечения быстрого набора прочности бетоном в заводских условиях проводят его тепло-влажностную обработку. Режимы термообработки, как правило, состоят из следующих операций: выдерживание отформованных изделий в опалубке от 0,5 до 3 часов; помещение этих изделий в тепловые камеры и подъем температуры до постоянной максимальной продолжительностью от3 до 3,5 часов (скорость подъема температуры рассчитывают); изотермический прогрев при максимальной расчетной температуре; снижение температуры в камере, в течение двух—трех часов. Общая продолжительность режимов тепловой обработки составляет от 7 до 13 часов и более. Оптимальная температура прогрева составляет, обычно, 80—95 °С, при этом прочность бетона после термообработки в зависимости от общего цикла составляет от 38 до 78 % проектной.
В монолитном домостроении в России прогрев бетона осуществляют, в подавляющем большинстве случаев, только при отрицательных температурах наружного воздуха. Лишь немногие строительные организации проводят термообработку, уложенного в опалубку бетона, в теплое время, то есть, круглогодично.
В лаборатории РУДН был отработан способ прогрева горизонтальных конструкций (перекрытий) и получен патент [8].
Одним из условий получения качественных монолитных конструкций является уход за уложенной бетонной смесью и впоследствии за бетоном, то есть, создание благоприятных условий на ранних стадиях твердения и набора прочности.
При укладке литых бетонных смесей (СУБ) в конструкции перекрытий не требуется дополнительной вибрации, а поверхность уложенной смеси легко выравнивается. После окончания работ по бетонированию поверхность бетонной смеси укрывают светопрозрачными щитами с двумя слоями пленки с зазором не более 20 мм между ними. Затем монтируют ветрозащитный шатер, чтобы ветром не сбило пламя газовой горелки инфракрасного излучения и после этого их включают. Термообработку осуществляют в течение ночи.
Как показывают эксперименты, прочность бетона после восьмичасовой термообработки составляет 50 -60 % R28. В теплое время утром убирают газовые горелки и шатер, а светопрозрачные щиты оставляют на день или два в зависимости от температуры наружного воздуха. После снятия светопрозрачных щитов бетон перекрытия набирает прочность близкую к проектной (80—100 %). Следовательно, снятие опалубки перекрытия возможно уже через сутки после бетонирования, что значительно сокращает цикл оборота опалубки и объем комплекта опалубки, а так же приводит к сокращению сроков строительства.
После обработки результатов испытаний образцов бетона (прогрев и последующее выдерживание под светопрозрачными щитами) получили математическую модель набора прочности литым бетоном (СУБ). R = 7^.(12,02+ 0,2657^)
от" 1 + 0,017^(12,02 + 0,2657_) д.е., где — Тдлто — продолжительность термообработки бетона, час; Тип — время испытания бетона, прошедшее после тепловой обработки, час.
Относительная ошибка расчетных значений не превышает 1,5 %. Эта эмпирическая формула выведена для определенных составов литых бетонов (СУБ) класса В25. Для других классов и подвижности необходимо вносить корректировки, что и является дальнейшей целью исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шестернин А.И., Коровкин М.О., Ерошкина Н.А. Основы технологии самоуплотняющегося бетона // Молодой ученый. 2015. №6. С. 226-228. [Shesternin A.I., Korovkin M.O., Eroshkina N.A. Osnovy tekhnologii samouplotnyayushchegosya betona // Molodoi uchenyi. 2015. №6. S. 226-228].
2. Александров А.Я. Выбор сырьевых материалов для производства самоуплотняющихся бетонов. // Технология бетонов. №3-4. 2011. С. 18. [Aleksandrov A.Ya. Vybor syr'evykh materialov dlya proizvodstva samouplotnyayushchikhsya betonov. // Tekhnologiya betonov. №3-4. 2011. S. 18].
3. СТО 70386662 — 306 — 3013. Добавки на основе эфиров поликарбоксилатов для изготовления вибрационных и самоуплотняющихся бетонов. РФ ООО «БАСФ Строительные системы». М.: 2013. [STO 70386662 — 306 — 3013. Dobavki na osnove efirov polikarboksilatov dlya izgotovleniya vibratsionnykh i samouplotnyayushchikhsya betonov. RF OOO «BASF Stroitel'nye sistemy». M.: 2013].
4. Рекомендации по проектированию литых и высокоподвижных смесей для монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций КС Минобороны. К ВСН 82-80.М.: МО. 1982. [Rekomendatsii po proektirovaniyu litykh i vysokopodvizhnykh smesei dlya monolitnykh i sbornykh betonnykh i zhelezobetonnykh konstruktsii KS Minoborony. K VSN 82-80.M.: MO. 1982].
5. Рекомендации по применению полифункциональных модификаторов на основе суперпластификатора С-3 при изготовлении морозостойких бетонов из высокоподвижных и литых бетонных смесей. НИИЖБ М.: 1983. С. 29. [Rekomendatsii po primeneniyu polifunktsional'nykh modifikatorov na osnove superplastifikatora S-3 pri izgotovlenii morozostoikikh betonov iz vysokopodvizhnykh i litykh betonnykh smesei. NIIZhB M.: 1983. S. 29].
6. Рекомендации по применению добавок суперпластификаторов в производстве сборного и монолитного железобетона. М.: НИИЖБ Госстроя СССР. 1987. С. 95. .[Rekomendatsii po primeneniyu dobavok superplastifikatorov v proizvodstve sbornogo i monolitnogo zhelezobetona. M.: NIIZhB Gosstroya SSSR. 1987. S. 95].
7. Свинцов А.П., Николенко Ю.В., Патрахальцев Н.Н., Иванов В.Н. Совершенствование технологии бетонных работ в монолитном домостроении. Строительные материалы. 2012. № 1. С. 28-31. [Svintsov A.P. Nikolenko Yu.V. Patrahalcev N.N. Ivanov V.N. Sovershenstvovanie tehnologii betonnyh rabot monolitnom domostroenii Stroitelnye materialy 2012. № 1 S. 28-31].
8. Свинцов А.П., Свинцова Н.К., Николенко Ю.В., Гладченко Л.К. Устройство для тепловой обработки бетонной смеси в моно-
Г.Э. Окольникова, А.К. Курбанмагомедов
литных конструкциях // Патент РФ № 113287. 2012. Бюл. №4.[ Svintsov A.P., Svintsova N.K., Nikolenko Yu.V, Gladchenko L.K. Ustroistvo dlya teplovoi obrabotki betonnoi smesi v monolitnykh konstruktsiyakh // Patent RF № 113287. 2012. Byul. №4].
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Ю.В. Николенко, Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова. Применение самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 38—42.
APPLICATION OF SCC IN THE MONOLITHIC HOUSING
Y. Nikolenko, N.A. Stashevskaya, G.E. Okolnikova, Peoples' Friendship University of Russia
Abstract
Application of self-compacting concrete in the monolithic housing construction will reduce labor costs for the construction of load-bearing structures and, consequently, reduce construction time. Currently in our country except for advertising this kind of concrete deep comprehensive studies have been conducted. Describes the properties of self-compacting concrete (SCC) is inherently advertising fashion superplasticizers based on polycarboxylate ethers and polyacrylates.
Keywords:
self-compacting concrete, cast concrete mix, superplasticizer, polycarboxylates, the strength of concrete, standard cone. Date of receipt in edition: 14.04.17
Date of acceptance for printing: 18.04.17
УДК 624.9
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ МЕТОДАМИ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Г.Э. Окольникова*, А.К. Курбанмагомедов**
* Р оссийский университет дружбы народов, Департамент архитектуры и строительства ** Московский политехнический университет
Аннотация Ключевые слова:
В данной работе исследования проводились для высокопрочного мелко- высокопрочный бетон, механика раз-
зернистого модифицированного «порошкового» бетона, который явля- рушения бетона, кла,а:бетона, крити-
ется материалом нового поколения. ческий коэффициент интенсивности
Цель исследования — определение основных физико-механических ш^^т^ критическая скоржть
высвобождения энергии
свойств и характеристик трещиностойкости высокопрочных мелкозер- г
. История статьи:
нистых бетонов, моделирование их разрушения при различных режимах
Дата поступления в редакцию 22.05.17
нагружения, экспериментальное уточнение гипотезы процесса разруше-
Дата принятия к печати 24.05.17
ния высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов.
По итогам исследования были определены экспериментальные значения физико-механических характеристик мелкозернистого высокопрочного бетона (в возрасте 7, 14, 28, 60 суток): кубиковая прочность, прочность бетона на растяжение при изгибе, прочность бетона на осевое растяжение, момент трещинообразования, класс бетона на осевое сжатие, модуль упругости, а также определены параметры механики разрушения: критический коэффициент интенсивности напряжений, критическая скорость высвобождения энергии.
