CC BY
46
УДК 691.32
А.В. Андреева
мл. научн. сотрудник, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
О.Н. Буренина
ведущий науч. сотрудник, канд. техн. наук, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
Н.Н. Давыдова
науч. сотрудник, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
С.С. Даваасенгэ
мл. науч. сотрудник, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
М.Е. Саввинова
науч. сотрудник, канд. техн. наук, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА, ТВЕРДЕЮЩЕГО ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
Работа выполнена при поддержке проекта № 12-08-98508 «Разработка технологий механоактивационной обработки местного минерального сырья для повышения качества бетонов», по региональному конкурсу грантов РФФИ_Арктика.
Аннотация. Внедрение в строительство производство зимнего бетонирования дает возможность круглогодично эксплуатировать строительство бетонных конструкций и сооружений в Арктических регионах [1]. Применение быстротвердеющих цементов, а также бетонов с большими добавками солей, обеспечивающих организацию работ при отрицательных температурах, переход на индустриальные методы строительства и связанное с этим широкое использование сборных бетонных конструкций, значительно изменили технику производства бетонных работ на строительных площадках в зимних условиях.
Ключевые слова: мелкозернистый бетон, зимнее бетонирование, структура бетона.
A.V. Andreyeva, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences
O.N. Burenina, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences
N.N. Davydova, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences
S.S. Davaasenge, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences
M.E. Savvinova, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences
STRUCTURAL CHANGES OF THE FINE-GRAINED CONCRETE HARDENING AT A NEGATIVE
TEMPERATURE OF AIR
Abstract. Introduction in construction production of winter concreting gives the chance all the year round to operate construction of concrete designs and constructions in the Arctic regions [1]. Use of quick-hardening cements, and also concrete with big additives of the salts providing the organization of works at negative temperatures transition to industrial methods of construction and the wide use of combined concrete designs connected with it, considerably changed technology of production of concrete works on building sites in winter conditions.
Keywords: fine-grained concrete, winter concreting, structure of concrete.
Выбор противоморозных добавок и их оптимальное количество зависят от вида бетонируемой конструкции, степени ее армирования, наличия агрессивных сред и блуждающих токов, температуры окружающей среды. Использование противоморозных добавок является наиболее удобным технически и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования [2].
В качестве вяжущего использовался портландцемент ПЦ 400 Д0 производства ОАО ПО «Якутцемент», соответствующий ГОСТ 10178-85. В качестве заполнителя использовался речной песок из поймы р. Лена, по гранулометрическому составу в соответствии с ГОСТ 8736-93 относящийся ко II классу, к категории - очень мелкий. Модуль крупности песка Мкр = 1,29. Содержание зерен крупностью: свыше 5 мм - нет; менее 0,16 мм составляет 8,7%; содержание пылевидных и глинистых частиц - 0,84%. В качестве противоморозной добавки для зимнего бетонирования был использован комплекс добавок нитрита натрия (НН) и ПФМ-НЛК. ПФМ-НЛК производится в сухой форме в виде водорастворимого порошка коричневого цвета, который позволяет получать бетоны с повышенной морозостойкостью и водонепорницаемостью, увеличить прочностные характеристики бетона на 15% и более, снизить расход цемента в равнопо-движных смесях на 10-15%.
Для исследования были изготовлены образцы бетонов размером 70х70х70мм на вибростоле для получения изделий из бетона ТНУБ-2 (Германия). Все образцы твердели при температуре минус 25°С.
На термических кривых регистрируются три эндотермических эффекта. Первый эффект в интервале температур 30-300°С относится к процессу потери слабосвязанной воды. Второй эффект дегидратации в интервале 300-500°С свидетельствует о наличии портландита, третий интервал превращений 500-800°С может быть отнесен к эндотермическому эффекту декарбонизации, образующегося в процессах гидратации и твердения кальцита.
При рассмотрении образцов цементного камня различного возраста (3 и 28 суток) наличие протекающих процессов гидратации подтверждается увеличением потери массы во всех рассматриваемых интервалах превращений. Так, для первого интервала изменение потери массы составляет 2,53-8,74%. Во втором интервале - 0,55-1,42%, в третьем - 1,72-3,21 мас.%.
Характер процесса потери слабосвязанной воды, отличающийся дисперсностью, находит отражение в различной степени интенсивности низкотемпературного эффекта. Во время гидратации при затворении водой происходят фазовые превращения с образованием сложной системы с различным содержанием воды в ее компонентах и соответственно с различным характером ее связанности в кристаллической структуре цементного камня. По-видимому, добавка тонкодисперсной фракции приводит к более равномерному распределению частиц и более полному протеканию процессов кристаллообразования, вследствие чего замедляется и процесс дегидратации при нагреве [3].
Наличие выраженного эндотермического эффекта в интервале 300-500°С, характерного для процесса дегидроксилизации портландита, - одного из основных минералов процесса твердения портландцемента - позволяет однозначно оценить его количественного содержание. Известно, что увеличение прочности при сжатии сопровождается снижением содержания портландита в цементном камне, которое объясняется связыванием портландита с активным центром добавок в более прочный гидросиликат. В указанном интервале других активных фаз не регистрируется, поэтому обнаруженная потеря массы может быть отнесена только к содержанию портландита.
В интервале температур 500-800°С наблюдается разложение гидросиликатов кальция, кальцита - процесс декарбонизации, а также фазы С-А-Б-Н, дегидратация которой сопровождается выраженным эндотермическим эффектом и потерей массы.
На рисунке 1 представлены типичные термограммы образцов бетона, твердевшего при температуре минус 25°С с различными содержанием активированных минеральных добавок.
Рентгенофазовый анализ контрольной пробы показал наличие традиционных компонентов негидрированного цемента и продуктов его твердения, характерных для бездобавочных цементов и бетонов на его основе, а именно портландита, эттрингита, гидросиликатов кальция, алюмосиликатов.
ОТЭДЗДтп) СБС/ШЛгд) Т еда]
" 01
ОТб о^.«*)
05С
/7* '- - Г I-- г" _____
[ \ 1 А \ Рык -.112 ^ V/ V, Рик-ию-с . /Ч
/ ••, IV/ е М+.1« Г/ , I р««-еа1.в.=с N. 1!
ИТ /
1( |Лч,!5и>паг-<3:".-, V. ._______________________________
^ 1 ,
1 /
|V__Р "С 1 М ш.^у* эз
№ 200 300 М» Ж ЮС 7110 КЮ 903 Т*гпр1г»]чц АС
Рисунок 1 - Термограммы мелкозернистого бетона, твердевшего при температуре минус 25°С: а) исходный; б) песок; в) цемент
Исследования показали, что при действии низких температур на сформированный цементный камень фазовый состав гидратных образований изменяется незначительно. Основные изменения обусловлены сублимацией льда и превращениями гидратных соединений, например, эттрингита (3Са0А1 203-3Са804-31Н20).
Данные термического и микроскопического анализов свидетельствуют о том, что основными продуктами гидратации алюмоферритов кальция на морозе являются гексагональные гидроалюмоферриты с более мелкодисперсной структурой и малым количеством пор, что обеспечивает высокую прочность камня уже в первые сутки твердения. Среди продуктов гидратации при этом полностью отсутствуют кубические гидроалюмоферриты.
-01
б
а
в
Список литературы:
1. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. - Изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1975. - 700 с.
2. Баженов М.Ю. Технология бетона - М.: Изд-во АСВ, 2003. - 45 с.
3. Панина А.А., Лыгина Т.З., Губайдуллина А.М., Николаев К.Г., Халитова А.Н. Исследование портландцемента с модифицированной цеолитсодержащей добавкой // Известия КГАСУ. - 2012. - № 4 (22). - С. 326-331.
