CC BY
0УДК 693.547
Мироненко М.А.
студент
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)
РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ДОРОЖНОГО БЕТОНА ЗА СЧЕТ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК
Аннотация: в работе проведен анализ на основе лабораторных исследований для выявления целесообразности выбора применения химических добавок в дорожный бетон. Представлены результаты исследований. На основе полученных результатов выявлена целесообразность применения добавок MasterGlenium ACE 430 и Master X- Seed 100 в бетон, влияние добавок на бетон.
Ключевые слова: бетон, химические добавки, пластификаторы, лабораторные исследования, ускорители твердения.
Строительство является основополагающей отраслью экономики и занимает важное место в развитии государства. С каждым днем технологии строительства совершенствуются, появляются новые материалы, позволяющие реализовать объекты не только уникальные по своему внешнему виду, но и в максимально короткие сроки.
Одним из древнейших и наиболее широко используемых строительных материалов является бетон. Почти ни одно строительство невозможно представить без использования данного материала. Бетон в 21 веке является основным конструкционным материалом в строительстве зданий и сооружений, а также в автомобильной инфраструктуре по всему миру, поэтому в настоящее время он остается лидирующим объектом исследования и совершенствования в строительном материаловедении.
1823
Автомобильная дорога - это не только покрытие. Она представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, в задачу которых входят обеспечение эффективности и безопасности движения, а также защита от техногенных факторов. В состав инфраструктуры входят проезжие части, рельсовые пути, пешеходные тротуары, мосты и эстакады. В дорожном строительстве применяется широкий спектр типовых унифицированных изделий из железобетона, таких как: железобетонные плиты, бордюрные камни, железобетонные трубы, лотки и кольца, плиты ЖД переездов, лестничные сходы, фундаментные блоки.
Современная индустрия строительства автомобильных дорог ставит перед собой несколько задач, ключевыми из которых являются - обеспечение долговечности и надежности конструкции, а также возможность реализации объекта в короткие сроки.
Одним из важнейших материалов для устройства цементобетонных конструкций автомобильных дорог является дорожный бетон. При подборе оптимальных условий для твердения бетона можно повысить долговечность и надежность цементобетонных конструкций за счет регулирования свойств дорожного бетона. Также улучшение качественных характеристик дорожного бетона позволит увеличить объемы работ путем ускорения сроков твердения бетона.
В настоящее время существует множество способов ускорения набора прочности бетона. Наиболее распространенным методом интенсификации твердения бетона является тепловая обработка. Данный метод широко распространен как при производстве сборного железобетона, так и при монолитном строительстве. Однако тепловая обработка требует больших энергозатрат при производстве работ, а также сопутствующих крупных капиталовложений.
Наряду с тепловой обработкой современное строительство невозможно представить без использования различных химических добавок, которые способны ускорить набор прочности бетона не только в зимний период, но и в
1824
летний. В результате применения данных добавок возможно сократить продолжительность процесса тепловой обработки, увеличив при этом объемы изготавливаемой продукции.
Принято считать, что подбор химической добавки является ключевым моментом при производстве железобетонных изделий. Наиболее эффективный комплекс добавок включает в состав пластифицирующую добавку и ускоритель твердения. Для определения оптимальной дозировки добавок, входящих в применяемый для бетонной смеси комплекс, экспериментальным путем было проведено предварительное исследование влияния концентрации пластификатора и ускорителя твердения на прочность бетона.
На конкретном примере была определена целесообразность применения различных химических добавок для улучшения качеств бетонов.
Перед проведением основной части экспериментальных исследований в заводских условиях была изготовлена партия контрольных образцов-кубов в количестве 3 штук с размерами ребер 100,0x100,0x100,0 мм из расчетного состава бетонной смеси с целью уточнения класса используемого бетона.
Образцы выдерживались в нормальных условиях (температура плюс (20±2) °С, относительная влажность воздуха (95±5) %) и испытывались в возрасте 28 суток. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 10180-2012 (Бетоны).
Перед началом испытаний образцы осматривались на наличие дефектов - трещин, сколов ребер, раковин и инородных включений. Указанные дефекты обнаружены не были. Затем был произведен линейный замер образцов. Отклонений поверхностей кубов выявлено не было.
Перед проведением испытаний рабочее место было тщательно осмотрено и подготовлено, пресс надежно закреплен к полу и не имеет трещин и повреждений.
После проведения подготовительных работ экспериментальные образцы-кубы испытывались на прочность.
1825
По окончании испытаний каждый разрушенный образец подвергался визуальному осмотру. При визуальном осмотре испытанных кубов не было обнаружено каких-либо дефектов структур. Кубы разрушены по удовлетворительной схеме.
Прочность бетона на сжатие испытанного образца партии определяется с точностью до 0,1 МПа по формуле:
F
Яп = а-, МПа,
390,7 X 1000
Яп = 0,95-—--= 38,4 МПа,
п , 0,01 , ,
где, (390,7 X 1000) - разрушающая нагрузка, Н,
0,01 - площадь рабочего сечения образца, мм2,
0,95 - масштабный коэффициент для кубов с ребром 100 мм.
Значения прочностей остальных экспериментальных образцов
рассчитывались аналогично.
Полученные результаты занесены в журнал испытаний (таблица 7).
1826
Таблица 7. Журнал испытаний при определении прочности контрольных кубов на сжатие.
Маркировка серии образца Предполагаемый класс бетона по прочности, МПа Ха об рактеристика разца Результаты испытания Примечание
масса, г размеры, см средняя плотность, кг/м разрушающая нагрузка, кН прочность образца, приведенная кбазовому размеру, МПа средняя прочность образца в серии,МПа
R28 контр B30 - 10x10x10 - 39 070 кгс = 383,1 кН 38,3 38,4 Прочность бетона в серии рассчитывается как среднеарифметическое значение прочности двух образцов с наибольшей прочностью
- - 39 310 кгс = 385,5 кН 38,6
- - 39 280 кгс = 385,2 кН 38,5
По результатам испытания образцов-кубов значение средней прочности бетона равно R = 38,4 МПа, что соответствует классу В30.
По результатам экспериментальных исследований, включающих в себя двухэтапное испытание стандартных образцов- кубов с целью определения эффективности применения комплекса химических добавок, включающего пластификатор и ускоритель твердения, при различных условиях твердения посредством изучения кубиковой прочности.
Далее подходим к основному этапу исследований, чтобы понять целесообразность внедрения различных добавок в бетонную смесь, и как она влияет на ее прочностные характеристики.
В заводских условиях были изготовлены образцы-кубы в количестве 18 штук с размерами 100,0x100,0x100,0 мм класса В30. Образцы были разделены на две партии: партия 1 - образцы, содержащие добавку MasterGlenium ACE 430 в количестве 1,0 % от массы цемента, партия 2 - образцы, содержащие добавку MasterGlenium ACE 430 в количестве 1,5 % от массы цемента. Обе партии образцов выдерживались в нормальных условиях (температура плюс (20±2) °С,
1827
относительная влажность воздуха (95±5) %) и испытывались в возрасте 12 часов, 7 суток и 28 суток.
При визуальном осмотре образцов перед испытаниями дефекты и линейные отклонения не обнаружены.
Затем кубы взвешивались на механических весах с целью определения
плотности каждого образца по формуле:
т
Р = у, кг/м3,
где m - масса куба, кг,
V - объем куба, м3.
После проведения подготовительных работ экспериментальные образцы-кубы испытывались на прочность. Кубы были разрушены по удовлетворительной схеме, каких-либо дефектов структур обнаружено не было.
Значения прочностей экспериментальных образцов рассчитывались по формуле:
F
Яп = а —, МПа,
Л
Зависимость прочности бетонных образцов от концентрации применяемой добавки представлена на рисунке 1.
RMG1,0% RMG1,5%
12 ч 7 сут 28 сут
Рисунок 1. Диаграмма зависимости прочности бетонных образцов от концентрации применяемой добавки (MasterGlenium ACE 430).
1828
Полученные результаты сведены в таблицу 9.
Таблица 9. Результаты испытаний прочности кубов на сжатие №1.
Применяемые добавки Время Вес кубика, г Прочность, МПа
Партия 1
MasterGlenium ACE 430 - 1 % 12 ч 2 480 8,2 6,9
2 500 6,5
2 500 6,1
7 сут. 2 480 29,1 29,4
2 500 30,2
2 495 28,9
28 сут. 2 750 52,4 53,0
2 495 52,8
2 495 53,7
Партия 2
MasterGlenium ACE 430 - 1,5 % 12 ч 2 500 3,1 3,6
2 485 3,7
2 490 4,0
7 сут. 2 500 27,9 27,6
2 480 28,1
2 490 26,9
28 сут. 2 500 52,0 52,2
2 480 51,1
2 485 53,4
По результатам испытаний было определено, что оптимальная дозировка пластификатора MasterGlenium ACE 430 для данной бетонной смеси - 1,0 %.
Далее был проведен подбор дозировки ускорителя твердения Master X-Seed 100 в комплексе с пластификатором MasterGlenium ACE 430.
В заводских условиях были изготовлены три партии образцов-кубов в количестве 27 штук с размерами 100,0x100,0x100,0 мм класса В30 по девять образцов в каждой партии с содержанием добавки MasterGlenium ACE 430 в количестве 1,0 % и ускорителя твердения Master X- Seed 100 - 2,0 %, 3,0 % и 4,0 %.
Все образцы также выдерживались в нормальных условиях и испытывались в возрасте 12 часов, 3 суток и 7 суток.
При визуальном осмотре образцов перед испытаниями дефекты и линейные отклонения не обнаружены.
Испытания проводились аналогично ранее проведенным.
1829
Значения прочностей экспериментальных образцов рассчитывались по формуле:
F
А
Rn = а —, МПа,
Зависимость прочности бетонных образцов от концентрации применяемой добавки представлена на рисунке 2.
50,0 45,0 40,0
л
| 35,0
i 30,0 о ' н
<D
«э 25,0 £
о 20,0 х
| 15,0 с
10,0 5,0 0,0
RMX2,0% RMX3,0%
12 ч 3 сут 7 сут
RMX4,0%
Рисунок 2. Диаграмма зависимости прочности бетонных образцов от концентрации применяемой добавки (Master X-Seed 100) Полученные результаты сведены в таблицу 11.
1830
Таблица 11. Результаты испытаний прочности кубов на сжатие №2.
Применяемые добавки Время Вес кубика, г Прочность, МПа
Партия 1
Master X-Seed 100 - 2,0 % 12 ч 2 485 7,4 7,3
2 490 6,5
2 490 8
3 сут. 2 485 26 25,8
2 485 26,3
2 490 25,2
7 сут. 2 480 41,3 41,4
2 485 41,1
2 490 41,8
Партия 2
Master X-Seed 100 - 3,0 % 12 ч 2 500 14,2 15,0
2 495 15,4
2 495 15,5
3 сут. 2 500 30 29,6
2 495 29,6
2 490 29,3
7 сут. 2 500 46,6 45,9
2 495 46,0
2 490 45,1
Партия 3
Master X-Seed 100 - 4,0 % 12 ч 2 495 5,6 5,5
2 500 5,3
2 500 5,6
3 сут. 2 490 24,9 24,6
2 495 24,8
2 500 24,1
7 сут. 2 490 42,2 41,9
2 490 41,6
2 500 41,9
По результатам испытаний было определено, что оптимальная дозировка ускорителя твердения Master X-Seed 100 для данной бетонной смеси - 3,0 %.
Таким образом экспериментальным путем была подобрана концентрация добавок, входящих в комплекс, используемый в испытываемой бетонной смеси.
1831
Из экспериментальных исследований и расчетов можно наблюдать насколько высока целесообразность использования химических добавок, таких как MasterGlenium ACE 430 и Master X-Seed 100. С добавкой MasterGlenium ACE 430 - 1% бетон за 28 суток набрал прочность выше марочной на 38%, а с добавкой Master X-Seed 100 - 3% за 7 суток набрал прочность выше марочной на 19%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Савченко, Е. Т. Анализ целесообразности строительства асфальтобетонных и цементобетонных автомобильных дорожных покрытий / Е. Т. Савченко, М. О. Максин. —
2. URL: https://moluch.ru/archive/125/31313/ Приказ Росприроднадзора от 22.05.2017 № 242 (ред. от 02.11.2018) "Об утверждении Федерального классификационного каталога отходов" (с изм. и доп., вступ. в силу с 04.10.2021)
3. Медведев, Д. А. Справка к селекторному совещанию о мерах по улучшению состояния региональных и муниципальных дорог.
4. URL: http://government.ru/info/22865/
5. Корочкин, А. В. Анализ сцепных качеств дорожных покрытий из асфальтобетона и цементобетона.
6. URL: http://cyberleninka.ru/article/
7. Быстротвердеющий цемент [Электронный ресурс] - Режим доступа: https: //1 beton. info/vidy/bistrotverdeyushiy/bystrotverdeyushhij -tsement
8. Вишневский В. И., Супер- и гиперпластификаторы для бетонов нового поколения / Вишневский В.И., Шкред Е.А.. - Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2017 г.). - Москва : Буки-Веди,2017. - С. 99-102.
9. Изотов В.С. Химические добавки для модификации бетона: монография / В.С. Изотов, Ю.А. Соколова. — М.: Казанский Государственный архитектурно-строительный университет: Изд-во
10. ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по
1832
контрольным образцам. - Введ. 2013-07-01. - М.: Стандартинформ, 2018. - 36 с.
Mironenko M.A.
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
(St. Petersburg, Russia)
ADJUSTING PROPERTIES ROAD CONCRETE DUE TO CHEMICAL ADDITIVES
Abstract: the work carried out an analysis based on laboratory studies to determine the feasibility of choosing the use of chemical additives in road concrete. The research results are presented. Based on the results obtained, the feasibility of using MasterGlenium ACE 430 and Master X-Seed 100 additives in concrete and the effect of additives on concrete were revealed.
Keywords: concrete, chemical additives, plasticizers, laboratory tests, hardening accelerators.
1833
