CC BY
45
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №5 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-5 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/116TVN515.pdf DOI: 10.15862/116TVN515 (http://dx.doi.org/10.15862/116TVN515)
УДК 691.327
Несветаев Григорий Васильевич
ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет»
Россия, г. Ростов-на-Дону1 Заведующий кафедрой «Технологии строительного производства»
Доктор технических наук Профессор E-mail: [email protected]
Корчагин Игорь Вячеславович
ОП ЗАО «Международные Строительные Системы»
Россия, г. Сочи Ведущий - технолог E-mail: [email protected]
Структура и свойства бетонов с суперпластфикаторами Glenium на портландцементе заводов «Пролетарий»
и «Верхнебаканский»
1 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
Аннотация. Широкое применение суперпластификаторов в технологии бетона требует в ряде случаев уточнения известных зависимостей «состав-технология-структура-свойства» и развития методик оценки эффективности совместного применения суперпластификаторов с цементами. Уточнены количественные значения величин, входящих в известные зависимости «предел прочности = Д(В/Ц)», «предел прочности = ^пористости)», «предел прочности на растяжение = Дпредела прочности на сжатие», «предел прочности = Д(время твердения» для бетонов из высокоподвижных смесей (П5) с расходом от 350 до 450 кг/м3 цементов заводов «Пролетарий» и «Верхнебаканский», полученных с применением суперпластификаторов Иепшш 430 и Иепшш 115. Бетоны характеризуются удельным расходом цемента от 6,1 до 7,1 кг/(м3-МПа). Показано влияние спадов прочности в процессе твердения на формирование свойств бетонов и возможность подбора эффективного сочетания «цемент -суперпластификатор» на основе анализа результатов по представленной в работе методике. Полученные в работе результаты могут использоваться в качестве основы для производства бетонов классов от В45 до В70 в ЮФУ.
Ключевые слова: бетон; цемент; суперпластификатор; предел прочности; пористость; сжатие; растяжение; нарастание прочности.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Несветаев Г.В., Корчагин И.В. Структура и свойства бетонов с суперпластфикаторами вкпшш на портландцементе заводов «Пролетарий» и «Верхнебаканский» // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №5 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/116TVN515.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. Б01: 10.15862/116ТУШ15
В выполненных ранее исследованиях влияния различных суперпластификаторов (СП) на величину и структуру пористости и предел прочности цементного камня [1-6] выявлено влияние СП на указанные характеристики. В настоящей работе представлены результаты исследований влияния СП Иепшш 430 и Иепшш 115 на предел прочности бетонов с расходом портландцемента заводов «Пролетарий» и «Верхнебаканский» (ПЦ) от 350 до 450 кг/м3. Бетонные смеси использованы с осадкой конуса (ОК) 22-24 см (марка по подвижности П5 по ГОСТ 7473). Твердение образцов происходило в нормальных условиях (НУ) и в естественных условиях (ЕУ). Предел прочности бетона на сжатие Я и растяжение при раскалывании Яй измерялся в возрасте 2, 7, 28 и 90 сут. Пересчет предела прочности на растяжение при раскалывании Яй на осевое растяжение Ш выполнялся по формуле [7].
Я, = 0,93 • Я„ (1)
На рис. 1 представлены данные о влиянии величины В/Ц, вида ПЦ и вида СП на предел прочности на сжатие Я.
<и «
I
о
03
И «
н о о и ¡г о
ч <и Ч <и
£
90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0
у = 37,36х-°,693 R2 = 0,8503
0,3
0,35
0,4
0,45 В/Ц
0,5
0,55
0,6
♦ ВБ115 ■ ПР115 А ВБ430
• ПР430 -Т
а11
О ВБ115 еу □ ПР115 еу Л ВБ430 еу О ПР430 еу
Рис. 1. Зависимость изменения предела прочности бетона в возрасте 28 сут. на сжатие от
величины В/Ц
ВБ115 - ПР430 - соответственно цементы «Верхебаканский» и «Пролетарий», СП Иепшш 115 и Иепшш 430; с индексом еу - естественные условия; Т - по формуле [7] R =
-В^ при а =0,37; Яц = 53,2 МПа
(41,3885
Как следует из представленных на рис. 1 данных, отмечается единая зависимость предела прочности от величины В/Ц независимо от вида ПЦ и вида СП, которая описывается формулой
Я =
37,4
(5)0,693
V
а-йц
(5)0,693
V
0,7-53,2
(5)0,693'
V
(2)
где а - коэффициент, характеризующий качество заполнителей, Яц - активность цемента, МПа.
Характер зависимости Я = ДВ/Ц) и количественные значения коэффициента а и показателя степени отличаются от среднестатистических данных [7], что может быть связано с некоторым различием величины пористости бетонов вследствие технологических факторов, например, с влиянием СП на пористость цементного камня [3, 5]. На рис. 2 представлена зависимость полной пористости исследованных бетонов от величины В/Ц.
Рис. 2. Зависимость полной пористости бетонов от величины В/Ц
Обозначения те же, что на рис. 1; с индексом НУ - твердение в нормальных условиях, остальные - в естественных условиях; Т - по формуле [7] в ц при Рт = 0
я - ЦК + Ц ■ 10 + г
(технологическая пористость).
Из рис. 2 очевидно, что при уменьшении величины В/Ц отмечается тенденция увеличения различия между измеренными значениями пористости бетона и расчетными, определенными по формуле
р -р + дВ.Ц+рт, (3)
я ЦК Ц 10 г
при Рт = 0 и значениями Рцк из работы [3].
Указанное увеличение пористости происходит за счет роста величины технологической пористости Рт при уменьшении величины В/Ц, что может быть связано, например, с некоторым дополнительным воздухововлечением в бетонную смесь. Как известно, предел прочности бетона уменьшается примерно на 5% на 1% увеличения пористости, поэтому отмечаемое на рис. 1 «отставание» значений прочности от расчетных в области низких значений В/Ц может быть связано с указанным явлением. Кроме того, СП также могут оказывать влияние на прочность цементного камня [6], а, как известно, прочность бетона определяется не только величиной пористости, но и прочностью «каркаса» цементного камня. На рис. 3 представлена зависимость предела прочности бетонов от величины полной пористости.
80
75
ев
И
ё 70
н
ев
8 ев Я
= 65 о о Я
т о а
5
п и а В
60
55
50
0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15
Пористость
0,16
0,17
0,18
♦ ВБ115
■ ПР115
▲ ВБ430
• ПР430
о ВБ115-90
□ ПР115-90
Л ВБ430-90
о ПР430-90
Рис. 3. Зависимость предела прочности бетонов от величины полной пористости
Обозначения те же, что на рис. 1, с индексом 90 - в возрасте 90 сут., остальные - 28 сут.; Т - теоретическая зависимость Я = Я0 ехр(-ЬР) [7].
Как следует из представленных на рис. 3 данных, измеренные значения прочности и пористости разделились на две группы - выше и ниже линии Т, что может быть связано с изменением величины Ro (прочность «каркаса») в формуле Я = Я0 ехр(-ЬР) вследствие (гипотеза) влияния СП на прочность контактов новообразований цементного камня. Указанное разделение может быть использовано в практических целях. Из представленных данных, в частности, следует предпочтительность использования цемента «Пролетарий» с исследуемыми СП.
На рис. 4 представлены данные о соотношении предела прочности на осевое растяжение Rt от предела прочности на сжатие R для различных сроков и условий твердения.
Рис. 4. Соотношение пределов прочности бетонов на осевое растяжение и сжатие
2-90 - возраст бетонов в момент испытаний; НУ - нормальные условия твердения (температура 20+2оС, относительная влажность более 95%); ЕУ - твердение при температуре 20 - 29,5оС и относительно влажности от 51 до 85%); Т - по формуле Rt = 0,29 • R0'6 [7].
Из представленных на рис. 4 данных очевидно, что в целом сохраняется зависимость величины Ш от предела прочности на сжатие Я, которая может быть описана формулой
= 0,184 • Д0'76, (4)
которая хорошо согласуется с известной формулой ^ = 0,1575 • Я0,75 [8], но качественно несколько отличается от среднестатистических данных [7]. Для выявления причин различия выполнен анализ зависимости Ш от вида СП (рис. 5) и вида ПЦ (рис. 6).
<и о са и о
О гЗ
« И
н и о
В" о а
п и а В
у = 0,1461х0,80 R2 = 0,8795
у = 0,2727х0,6683 R2 = 0,6858
115
430 Т
10 20 30 40 50 60
Предел прочности на сжатие, МПа
70
80
90
Рис. 5. Соотношение пределов прочности бетонов на осевое растяжение и сжатие
115, 430 - соответственно бетоны с СП Иепшш 115 и Иепшш 430; Т - по формуле Rt = 0,29 • R0'6 [7].
7
0
0
Из рис. 5 очевидно, что закономерность соотношения «предел прочности на осевое растяжение/предел прочности на сжатие» для бетонов с СП 01епшш 430 в принципе соответствует среднестатистическим данным, отмечается некоторое количественное изменение - значения прочности на осевое растяжение на 13 - 27% выше. Для бетонов на СП Иепшш 115 закономерность соотношения «предел прочности на осевое растяжение/предел прочности на сжатие» имеет качественное отличие - в области невысоких значений прочности (в ранний период) отмечается снижение соотношения относительно среднестатистического до 12%, а в области высоких значений (в зрелом возрасте) отмечается повышение соотношения до 27%. Это эффект может быть связан как с отставанием нарастания прочности на осевое растяжение в ранний период в связи с влиянием СП на процессы гидратации, так и со снижением (спадом) прочности на сжатие в зрелом возрасте. Как будет показано далее, имеет место второй случай.
Предел прочности на сжатие, МПа
Рис. 6. Соотношение пределов прочности бетонов на осевое растяжение и сжатие
ВБ, ПР - соответственно бетоны на цементах «Верхнебаканский» и «Пролетарий»; Т -по формуле Rt = 0,29 • R0,6 [7].
Из рис. 6 очевидно, что закономерность соотношения «предел прочности на осевое растяжение/предел прочности на сжатие» для бетонов на цементе «Пролетарий» в принципе соответствует среднестатистическим данным, отмечается некоторое количественное изменение - значения прочности на осевое растяжение на 13 - 19% выше. Для бетонов на цементе «Верхнебаканский» СП закономерность соотношения «предел прочности на осевое растяжение/предел прочности на сжатие» имеет качественное отличие - в области невысоких значений прочности (в ранний период) отмечается снижение соотношения относительно среднестатистического до 17%, а в области высоких значений (в зрелом возрасте) отмечается повышение соотношения до 37%. Это эффект может быть связан как с отставанием нарастания прочности на осевое растяжение в ранний период в связи с влиянием СП на процессы гидратации, так и со снижением (спадом) прочности на сжатие в зрелом возрасте. Как будет показано далее, имеет место второй случай. Таким образом, можно констатировать, что формирование свойств бетонов на цементе «Пролетарий» происходит примерно одинаково с обоими СП и не отличается качественно от среднестатистических данных. Для
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №5 (сентябрь - октябрь 2015)
http://naukovedenie.ru [email protected]
цемента «Верхнебаканский», особенно в сочетании с СП Иепшш 115 характерна некоторая нестабильность формирования свойств в разные периоды твердения.
На рис. 7 представлены данные об изменении предела прочности бетонов во времени.
ев
И
н о о я т о а а ч
и п а а В
90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
40 60
Время твердения, сут
-♦—ВБ-350-115 -■—ВБ-450-115
--0-- Пр-350-115 --□- Пр-450-115 —А— ВБ-350-430 —•— ВБ-450-430
- -Д - Пр-350-430
- -О - Пр-450-430
Рис. 7. Нарастание прочности бетона на сжатие
ВБ-350-115 - ПР-450-430 - соответственно цементы «Верхнебаканский», «Пролетарий»; расход цемента 350 и 450 кг/м3; СП Иепшш 115 и Иепшш 430.
Как следует из представленных на рис. 7 данных, у ряда составов отмечаются «сбросы» прочности, возможность которых неоднократно отмечалась исследователями. Для анализа зависимости выявленных сбросов прочности от вида ПЦ и вида СП на рис. 8 представлены данные об изменении относительной прочности бетона во времени.
1,4
■а
т с
о
н
В" о
р
в
я
ев
н
■а
Ч
е т и с
о
н
т
О
1,2
0,8
0,6
0,4
0,2
20 40 60
Время твердения, сут
80
100
А
О □
А О
ВБ-ВБ-Пр-Пр-ВБ-ВБ Пр-Пр-
■350-115 450-115 350-115 450-115 350-430 450-430 350-430 450-430
- -М -Б
1
0
0
Рис. 8. Изменение относительной прочности бетона на сжатие (за 1 принята прочность в
возрасте 28 сут.)
ВБ-350-115 - ПР-450-430 - соответственно цементы «Верхнебаканский», «Пролетарий»; расход цемента 350 и 450 кг/м3; СП Иепшш 115 и Иепшш 430; М, Б -
соответственно для медленно (к = 0,38) и быстротвердеющего (к = 0,2) цемента по формуле
Ят= Я28ехр(к(1 - р8)) [7].
V т
Анализ представленных на рис. 8 данных о кинетике относительной прочности бетона в сравнении с нормируемыми значениями показал, что:
• нарастание прочности бетона на обоих цементах с расходом цемента 350 кг/м3 и СП Иепшш 115 в ранний период происходит с отставанием от нормируемых значений для медленнотвердеющих бетонов, что, вероятно связано с замедляющим эффектом СП в составах с относительно высоким значением В/Ц. Эффект замедления в составе на Верхнебаканском цементе отмечен и в возрасте 7 сут.;
• практически все составы с СП Иепшш 115 показали спад прочности после 28 сут., исключение - состав с расходом Верхнебаканского цемента 450 кг/м3, у которого отмечен незначительный прирост прочности. В составах с применением СП Иепшш 430 после 28 сут. отмечается прирост прочности пределах нормируемых значений;
• нарастание прочности всех бетонов характеризуется изменчивым характером, что проявляется в смене темпов твердения в разные периоды, что свидетельствует об активном влиянии СП на процесс гидратации. Следует отметить, что ранее в [Н, К] по совокупности данных о влиянии СП на пористость, прочность на сжатие и растяжение был сделан вывод о невысокой эффективности сочетания указанных СП и цементов, что в принципе подтверждено данными настоящего исследования.
Удельный расход цемента, один из показателей экономической эффективности бетонов [9], в исследованных составах составляет от 6,1 до 7,1 кг/м3, что в принципе соответствует среднестатистическим значениям для бетонов в исследованном диапазоне прочности, однако в [10] были получены составы самоуплотняющегося бетона с СП Иепшш 430 и показателем удельного расхода цемента менее 6 кг/м3, что свидетельствует о более эффективном сочетании СП с использованным в [10] цементом.
Выводы
1. Уточнены количественные значения величин, входящих в известные зависимости «предел прочности = Г(В/Ц)», «предел прочности = ^пористости)», «предел прочности на растяжение = ^предела прочности на сжатие», «предел прочности = Г(время твердения» для бетонов из высокоподвижных смесей (П5) с расходом от 350 до 450 кг/м3 цементов заводов «Пролетарий» и «Верхнебаканский», полученных с применением СП Иепшш 430 и 01епшш 115. Бетоны характеризуются удельным расходом цемента от 6,1 до 7,1 кг/(м3-МПа).
2. Показано влияние спадов прочности в процессе твердения на формирование свойств бетонов и возможность подбора эффективного сочетания «цемент -суперпластификатор» на основе анализа отклонений фактических значений от среднестатистических по аналогии с представленными в работе оценками.
3. Полученные в работе результаты могут использоваться в качестве основы для производства бетонов классов от В45 до В70 в ЮФУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. - М: АСВ, 2006. - 368 с.
2. Бабков, В.В. Структурообразование и разрушение цементных бетонов / В.В. Бабков, В.Н. Мохов, С.М. Капитонов, П.Г. Комохов. - Уфа, ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2002. - 376 с.
3. Несветаев, Г.В., О влиянии суперпластификаторов на пористость цементного камня / Г.В. Несветаев, И.В. Корчагин // Научное обозрение. - 2014. - №7. - С. 837-841.
4. Несветаев, Г.В. Влияние суперпластификаторов на условно-закрытую пористость цементного камня и бетона / Г.В. Несветаев, И.В. Корчагин // Научное обозрение. - 2014. - №8. - С. 914-918.
5. Давидюк, А.Н. Самоуплотняющиеся бетоны: прочность и проектирование состава / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Строительные материалы. - 2009. -№.5. - С. 54-57.
6. Несветаев, Г.В. О прочности цементного камня с суперпластификаторами / Г.В. Несветаев, И.В. Корчагин // Научное обозрение. - 2014. - №8. - С. 919-924.
7. Несветаев, Г.В. Бетоны / Г.В. Несветаев. - Ростов/Д: «Феникс», 2013. - 381 с.
8. Берг, О.Я., Высокопрочный бетон / О.Я. Берг, Е.Н. Щербаков, Г.Н. Писанко. -М.: Стройиздат, 1971. - 207 с.
9. Несветаев Г.В., О прочности бетона с каркасной структурой / Г.В. Несветаев, С.В. Халезин // Интернет-журнал «Науковедение», 2015. - №3 (28) [Электронный ресурс] - М.: Науковедение, 2015. - Режим доступа: http: naukovedenie.ru/PDF/92TVN315.pdf.
10. Несветаев Г.В., Проектирование макроструктуры самоуплотняющейся бетонной смеси и ее растворной составляющей / Г.В. Несветаев, Ю.Ю. Лопатина // Науковедение 48TVN515 Том 7, номер 5 (выпуск 5(30) сентябрь-октябрь).
Рецензент: Маилян Дмитрий Рафаэлович, заведующий кафедрой «Железобетонных и каменных конструкций», доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».
Nesvetaev Grigory Vasilievich
Rostov State University of Civil Engineering Russia, Rostov-on-Don E-mail: [email protected]
Korchagin Igor Viacheslavovich
International Building Systems Russia, Sochi E-mail: [email protected]
The structure and properties of concrete made with Glenium superplasticizers and Portland cements "Proletariy" and "Verkhnebakansky" plants
Abstract. Widespread use of superplasticizers in concrete technology requires clarification in a number of cases known dependencies "recipe-technology-structure-property" and the development of methodologies to assess the effectiveness of the joint use of superplasticizers with cements. Refined quantitative values of quantities in the form according to "tensile strength = f (W / C)" "tensile strength = f (porosity)" "tensile strength = f (crush strength", "tensile strength = f (hardening time "for concrete mixtures of highly mobile (P5) with a flow rate of 350 to 450 kg / m3 cement factories "Proletariy" and "Verkhnebakansky" obtained using superplasticizer Glenium 430 and Glenium 115. Concrete characterized by specific cement content by 6.1 to 7.1 kg / (m3 • MPa). The effect of recessions strength during the formation of hardening properties of concrete and the possibility of selecting an effective combination of "cement - superplasticizer", based on the analysis of the results provided by the method. The results obtained can be used as a basis for the production of concrete classes from B45 (C35/45) to B70 (C55/67) in SFU.
Keywords: concrete; cement; superplasticizer; compressive strength; tensile strength; porosity; compressive strength development.
REFERENCES
1. Bazhenov, Y.M. Modified high-quality concrete / Y.M. Bazhenov, V.S. Demyanova, V.I. Kalashnikov. - M.: DIA, 2006. - 368 p.
2. Babkov, V.V. Pattern formation and destruction of the cement concrete / V.V. Babkov, V.N. Mokhov, S.M. Kapitonov, P.G. Komokhov. - Ufa, SUE "Ufa Polygraph", 2002. - 376 p.
3. Nesvetaev, G.V., On the influence of superplasticizers on the porosity of the cement stone / G.V. Nesvetaev, I.V. Korchagin // Scientific Review. - 2014. - №7. - P. 837841.
4. Nesvetaev, G.V. Influence of superplasticizers conditionally closed porosity of the cement stone and concrete / G.V. Nesvetaev, I.V. Korchagin // Scientific Review. -2014. - №8. - P. 914-918.
5. Davidyuk, A.N. SCC: the strength and composition of the design / A.N. Davidyuk, G.V. Nesvetaev // Building materials. - 2009. - №5. - P. 54-57.
6. Nesvetaev, G.V. On the strength of cement stone with superplasticizers / G.V. Nesvetaev, I.V. Korchagin // Scientific Review. - 2014. - №8. - P. 919-924.
7. Nesvetaev, G.V. Concrete / G.V. Nesvetaev. - Rostov / Don: "Phoenix", 2013. - 381 s.
8. Berg, O.J., High-strength concrete / O.J. Berg, E.N. Shcherbakov G.N. Pisanko. - M.: Stroyizdat, 1971. - 207 p.
9. Nesvetaev G.V., On the strength of concrete framing / G.V. Nesvetaev, S.V. Khalezin // Internet journal "Naukovedenie" 2015, №3 (28) [electronic resource] - M.: Naukovedenie, 2015. - Access: http: naukovedenie.ru/PDF/92TVN315.pdf.
10. Nesvetaev G.V. Design macrostructure self-compacting concrete and its mortar component / G.V. Nesvetaev, Y.Y. Lopatina // Naukovedenie 48TVN515 Volume 7, Number 5 (Release 5 (30) September-October).
