CC BY
43УДК 691.33
В.С. ИЗОТОВ, д-р техн. наук, Р.А. ИБРАГИМОВ, инженер (rusmag007@yandex.ru), Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КазГАСУ)
Влияние добавок - ускорителей твердения на свойства тяжелого бетона
В монолитном строительстве при заливке бетонных и железобетонных конструкций в ряде случаев возникает необходимость ускорить рост прочности уложенного бетона с целью сокращения сроков его выдержки перед распалубкой с последующим ускорением строительного процесса. Для этого эффективно использование электролитов — добавок ускорителей твердения бетона.
В настоящее время известно большое количество добавок, которые могут применяться в качестве ускорителей твердения. К ним относят хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) и др. При выборе ускорителей твердения необходимо учитывать побочное действие добавок, оказывающих влияние на арматуру, закладные детали и бетон [1]. Например, хлориды способствуют коррозии стальной арматуры, поэтому их количество в железобетоне ограничивается 0,5%; не допускают его применения в конструкциях с тонкой и предварительно напряженной арматурой (Пособие к СНиП 3.09.01—85 Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий).
Сульфат натрия может вызвать появление высолов на поверхности конструкций.
В связи с этим перспективным является применение в технологии бетона бесхлоридных ускорителей твердения [3].
Среди большого числа неорганических добавок наиболее широкое применение для цементных бетонов находят электролиты. По данным [4], действие электролитов на твердение цементов состоит либо в их влиянии на растворимость новообразований, либо в их непосредственном участии в процессе гидратации с образованием высоководных комплексных гидратов типа гидросульфохлоралюминатов. Возникновение таких соединений является причиной интенсивного диспергирующего действия электролитов на вяжущее, что вызывает ускорение твердения и образование плотных структур гидрофильного геля, придающих затвердевшему цементному камню и раствору высокую водонепроницаемость. Механизм действия добавок электролитов состоит либо в изменении растворимости вяжущего и продуктов его гидратации вследствие изменения ионной силы раствора, вызванной присутствием электролитов, либо в химическом взаимодействии электролитов с вяжущим с образованием труднорастворимых или малодиссоциирующих соединений. Характерной особенностью большинства электролитов является их активное воздействие на процессы структурообразова-
Таблица 1
Цемент Содержание главных оксидов, % Содержание основных минералов, % Содержание добавок, %
SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO C3S C2S C3A C4AF Опока SO3
Вольский завод 22,55 4,75 4,7 65,04 57 21 4,6 14 8 2,2
Ульяновский завод 22,1 5 9 64 54 20 11 12 9,2 2,8
Таблица 2
№ Количество вводимой добавки, % Нормальная густота Сроки схватывания , мин
Мобет-1 Мобет-3 СН СА Rapid цементного теста, % начало конец
1 - - - - - 0,26/0,27 155/135 295/285
2 2 - - - - 0,26/0,27 50/41 92/84
3 - 2 - - - 0,26/0,27 60/54 95/87
4 - - 2 - - 0,26/0,27 87/76 155/140
5 - - - 2 - 0,26/0,27 46/35 68/54
6 - - - - 2 0 26/0 27 51/45 76/70
Примечание. Перед чертой приведены показатели для портландцемента Вольского завода; за чертой - ульяновского завода.
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿U!' ® март 2010 35
Таблица 3
№ Количество вводимой добавки, % Прочность бетона при сжатии (МПа) в возрасте, сут
Мобет-1 Мобет-3 СН СА Rapid 1 3 7 28
1 - - - - - 7,52/100% 18,05/100% 29,38/100% 36,8/100%
2 1,5 - - - - 8,2/109% 19,46/108% 29,97/102% 36,8/100%
3 2 - - - - 8,35/111% 19,67/109% 29,97/102% 36,8/100%
4 - 1,5 - - - 10,15/135% 20,57/114% 33,2/113% 40,11/109%
5 - 2 - - - 10,38/138% 21,48/119% 34,49/114% 40,48/110%
6 - - 1,5 - - 10,07/134% 21,84/121% 33,78/115% 37,53/102%
7 - - 2 - - 10,53/140% 24,37/135% 37,02/126% 37,53/102%
8 - - - 1,5 - 10,15/135% 19,31/107% 30,55/104% 37,17/101%
9 - - - 2 - 10,83/144% 19,46/108% 30,55/104% 37,17/101%
10 - - - - 1,5 9,92/132% 22,38/124% 33,78/115% 41,22/112%
11 - - - - 2 10,68/142% 24,91/138% 38,19/130% 41,22/112%
Примечание. Перед чертой приведено среднее значение показателя; за чертой - относительное значение показателя в % от контрольного.
ния цементного камня, заключающегося в уплотнении структуры за счет увеличения количества продуктов гидратации, особенно низкоосновных гидросиликатов кальция и повышения прочности кристаллического сростка [5].
В соответствии с ГОСТ 24211—91 (2003) «Добавки для бетонов. Общие технические требования» добавки — ускорители твердения относятся ко второй группе добавок, применяемых для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта воздействия.
В последнее время на рынке добавок для бетонов появились новые ускорители твердения, такие как Мо-бет-1, Мобет марки 3 эконом, Sika® Rapid 2.
В работе проведены испытания указанных добавок по методике ГОСТ 30459—96 «Добавки для бетонов. Методы определения эффективности». Их эффективность как ускорителей твердения сравнивалась с добавками сульфата алюминия и сульфата натрия. Изучалось влияние добавок на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста, водопотребность бетонной смеси и прочностные показатели тяжелого бетона.
Добавки Мобет-1 и Мобет марки 3 эконом (далее Мобет-3) произведены на ООО «Бийскхимстроймате-риалы» по ТУ 2600-003-54575429-2008.
Добавка Мобет-1 — порошок от белого до серого цвета. Насыпная плотность колеблется от 650 до 700 кг/м3. Добавка Мобет-3 представляет собой нитратный комплекс, жидкость от бесцветного до коричневого цвета. Плотность 1,412 кг/дм3.
Оптимальное содержание по рекомендациям производителя составляет для добавки Мобет-1 — 1,5—2%, для добавки Мобет-3 — 2%.
Добавка Sika® Rapid 2 (далее Rapid) представляет собой желто-зеленоватую жидкость, плотность 1,4 кг/дм3, pH 8+0,5; отвечает требованиям норм PN-EN 934-2. Основа, по данным производителя, — смесь органических и неорганических компонентов. Оптимальное содержание по рекомендациям производителя составляет 1—2% в зависимости от ожидаемого эффекта.
Сульфат натрия (СН) применялся в виде безводной соли — кристаллов белого цвета с желтым оттенком по ГОСТ 6318—68*. Оптимальная дозировка 1—2% от массы цемента.
Сульфат алюминия (СА) применялся в виде гидрата Al2(SO4)3 • 18H2O (ГОСТ 12966—85).
Для исследования влияния добавок на свойства цементного теста и физико-механические показатели тяжелого бетона использован портландцемент ПЦ400-Д20 Вольского завода и портландцемент ПЦ400-Д20 Ульяновского завода, состав которых приведен в табл. 1.
Результаты исследований влияния добавок на нормальную густоту цементного теста и сроки схватывания приведены в табл. 2.
Из полученных данных (табл. 2) видно, что все добавки влияют на сроки схватывания цементного теста, но не оказывают влияния на нормальную густоту.
Для портландцемента Вольского завода начало схватывания с добавками уменьшается на 68—109 мин, конец схватывания — на 140—227 мин по сравнению с контрольным составом. По эффективности влияния на начало схватывания добавки располагаются в следующей последовательности: СА, Мобет-1, Rapid, Мобет-3, СН. По эффективности влияния на конец схватывания добавки располагаются в следующей последовательности: СА, Rapid, Мобет-1, Мобет-3, СН.
Для портландцемента Ульяновского завода начало схватывания с добавками уменьшается на 59—100 мин, конец схватывания — на 145—231 мин, по сравнению с контрольным составом. По эффективности влияния на начало схватывания добавки располагаются в следующей последовательности: СА, Мобет-1, Rapid, Мобет-3, СН. По эффективности влияния на конец схватывания добавки располагаются аналогично цементу Вольского завода.
Изучено влияние исследуемых добавок на физико-механические свойства тяжелого бетона нормального твердения в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут. Для эксперимента определен тяжелый бетон производственного состава (Ц=450 кг/м3, П=595 кг/м3, Щ=1140 кг/м3) с осадкой конуса 8—9 см. Заполнителями служили обогащенный песок Камского месторождения с модулем крупности 2,7, щебень из гравия Камского месторождения фракции 5—20 мм.
Из бетонных смесей изготавливались образцы-кубы с размерами 10x10x10 см. Через 1, 3, 7, 28 сут нормального твердения образцы подвергались испытаниям по ГОСТ 18105—86 «Бетоны. Правила контроля прочности». Результаты испытаний на портландцементе Вольского завода приведены в табл. 3.
Анализ эффективности приводился в соответствии с методикой ГОСТ 30459—96 «Добавки для бетонов. Ме-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q-j*jjсу,[-¡^j\Ljj.jLjjS
36 март 2010
Таблица 4
№ Количество вводимой добавки, % Прочность бетона при сжатии (МПа) в возрасте, сут
Мобет-1 Мобет-3 СН СА Rapid 1 3 7 28
1 - - - - - 6,65/100 18,5/100 24,7/100 33,45/100
2 1,5 - - - - 7,51/113 20,16/109 25,68/104 33,45/100
3 2 - - - - 7,64/115 20,35/110 25,68/104 33,45/100
4 - 1,5 - - - 8,78/132 20,72/112 27,91/113 35,8/107
5 - 2 - - - 8,98/135 21,83/118 28,16/114 36,8/110
6 - - 1,5 - - 9,17/134 23,12/125 28,89/117 34,12/102
7 - - 2 - - 9,64/145 25,34/137 31,37/127 34,12/102
8 - - - 1,5 - 9,24/139 20,35/110 25,93/105 33,78/101
9 - - - 2 - 9,77/147 20,53/111 26,18/106 33,78/101
10 - - - - 1,5 8,71/131 22,57/122 28,16/114 37,8/113
11 - - - - 2 9,31/140 25,16/136 30,87/125 38,13/114
Примечание. Перед чертой приведено среднее значение показателя; за чертой - относительное значение показателя в % от контрольного.
тоды определения эффективности», в котором для добавок — ускорителей твердения бетона по требованиям надежности необходимо повышение прочности бетона на 20% и более в возрасте 1 сут нормального твердения. Как следует из данных табл. 3, такому условию удовлетворяют добавки Rapid, Мобет-3, СА, СН и не удовлетворяет добавка Мобет-1.
Наиболее эффективным ускорителем в первые сутки твердения является СА. При его применении повышение прочности бетона в первые сутки твердения составляет 44%. Однако в последующие сутки твердения эффективность СА резко убывает, и на 28-е сут прочность бетона практически не отличается от контрольного.
Добавка Rapid является наиболее эффективным ускорителем в первые 7 сут твердения бетона. В этом случае прочность бетона увеличивается по сравнению с контрольным на 42%, 38% и 30% соответственно через 1, 3 и 7 сут нормального твердения.
Добавка СН через первые сутки твердения повышает прочность бетона на 40%. На 3, 7 и 28-е сут прирост прочности составляет соответственно 35%, 26% и 2% по сравнению с составом без добавки.
Добавка Мобет-3 через сутки твердения повышает прочность бетона на 38%. На 3, 7 и 28-е сут прирост прочности составляет соответственно 19%, 14% и 10%.
Результаты испытаний бетона на сжатие на портландцементе Ульяновского завода приведены в табл. 4.
Как видно из данных, приведенных в табл. 4, наиболее эффективным ускорителем в первые сутки твердения является СА. При его применении повышение прочности бетона в первые сутки твердения составляет 47%. Однако в последующие сроки твердения эффективность СА резко убывает, и на 28-е сут прочность бетона практически не отличается от контрольного.
Добавка СН является наиболее эффективным ускорителем в первые 7 сут твердения бетона. В этом случае прочность бетона увеличивается по сравнению с контрольным на 45, 37 и 27% соответственно через 1, 3 и 7 сут нормального твердения.
Добавка Rapid через сутки твердения повышает прочность бетона на 40%. На 3, 7 и 28-е сут прирост прочности составляет соответственно 36, 25 и 14% по сравнению с составом без добавки.
Добавка Мобет-3 через первые сутки твердения повышает прочность бетона на 35%. На 3, 7 и 28-е сут прирост прочности составляет соответственно 18%, 14% и 10%.
Таким образом, выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Все исследуемые новые добавки, кроме Мобет-1, могут быть рекомендованы для увеличения ранней прочности бетона, или для повышения прочности при сжатии бетона после ТВО, или для получения равнопрочных бетонов с уменьшенным расходом цемента.
2. Добавка Мобет-1 может быть рекомендована в качестве ускорителя схватывания и твердения ремонтных составов.
3. Исследуемые новые добавки не приводят к появлению высолов на поверхности конструкций и эффективно ускоряют набор прочности бетона во все сроки твердения, что дает преимущество при их использовании по сравнению с СА и СН.
4. Эффективность твердения бетонов как на вольском, так и на ульяновском портландцементе, отличающихся содержанием трехкальциевого алюмината, различно. В первые сутки твердения наиболее эффективен СА; на 3 и 7-е сут — Rapid и СН; на 28-е сут эффективен Rapid и Мобет-3 на вольском портландцементе, и только Rapid на ульяновском портландцементе.
Ключевые слова: добавки, ускорители, тяжелый бетон.
Список литературы
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: АСВ, 2000 г. 500 с.
2. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01—85).
3. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы. Ростов на Дону: Феникс, 2007. 221 с.
4. Ребиндер П.А., Сегалова Е.Е., Алинина Е.А., Андреева Е.Н. Физико-механические основы гидратаци-онного твердения вяжущих веществ. Шестой международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиз-дат, 1976. Т. 2. Кн. I.
5. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1989. 188 с.
www.rifsm.ru 37
■f: ■ научно-технический и производственный журнал
AiJ : : ® март 2010
