CC BY
20
Оригинальная статья / Original article УДК 691.3
DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2019-2-364-371
Влияние пластифицирующих добавок на процесс твердения бетона в условиях сухого жаркого климата
© О.И. Селезнёва3, А.А. Барановаь, П.А. Шустов^
аТюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия
ьАнгарский государственный технический университет, г. Ангарск, Россия
сИркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Резюме: Рассматривается отрицательное воздействие сухого жаркого климата на прочностные характеристики тяжелого бетона. При повышении температуры воздуха происходит значительное испарение влаги с поверхности твердеющего бетона, что впоследствии может привести к образованию трещин и иных деформаций в теле бетона. Предотвратить вышеперечисленные проблемы можно путем введения в бетонную смесь пластифицирующих добавок. В работе определены прочности при сжатии бетонов, изготовленных из бетонных смесей с разным процентным содержанием пластифицирующих добавок и подвергшихся действию повышенных температур. Прочность при сжатии исследуемых образцов определялась в соответствии с ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Оптимальное содержание добавки Centrament Air 202 в бетоне составляет 0,25 % от массы цемента, при этом прирост прочности при сжатии бетона составляет 11,5 % в возрасте 14 сут. и 1,7 % в возрасте 28 сут. по отношению к прочности при сжатии контрольного состава. Введение в состав бетона гиперпластификатора MC-PowerFlow 2695 в количестве от 0,4 до 0,6 % от массы цемента снижает прочность при сжатии бетонных образцов в среднем на 29 % в возрасте 14 сут. и на 39,4 % в возрасте 28 сут. Суперпластификатор Centrament N 101 в количестве от 0,6 до 1 % от массы цемента снижает прочность при сжатии бетонных образцов на 11,5-35 % в возрасте 14 сут. и на 19-37,4 % в возрасте 28 сут. Оптимальное количество добавки МС-Techniflow 70 в бетоне составляет 1,2 % от массы цемента, при этом прочность при сжатии бетона увеличивается на 2,1 % в возрасте 14 суток и на 0,6 % в возрасте 28 суток. По результатам экспериментов эффективной признана сильно-пластифицирующая добавка МС-Techniflow 70 с оптимальной дозировкой в количестве 1,2 % от массы цемента, позволяющая получить высокие прочностные характеристики как в возрасте 14 сут. (29,2 МПа), так и через 28 сут. нормального твердения (35,0 МПа).
Ключевые слова: бетон, сухой жаркий климат, прочность при сжатии, пластифицирующие добавки
Информация о статье: Дата поступления 26 марта 2019 г.; дата принятия к печати 23 апреля 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.
Для цитирования: Селезнёва О.И., Баранова А.А., Шустов П.А. Влияние пластифицирующих добавок на процесс твердения бетона в условиях сухого жаркого климата. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. Т. 9. № 2. С. 364-371. DOI: 10.21285/2227-29172019-2-364-371
Influence of plasticising additives on the process of concrete hardening in a dry hot climate
Olga I. Selezneva, Albina A. Baranova, Pavel A. Shustov
Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia
Angarsk State Technical University, Angarsk, Russia
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 364 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 364-371 364 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 364-371
Abstract: The negative impact of a dry hot climate on the strength characteristics of heavy concrete is considered. At elevated air temperatures, significant evaporation of moisture from the solidified concrete mix may subsequently lead to the formation of cracks and other deformations in the concrete body. The above-mentioned problems can be prevented by introducing plasticising additives into the concrete mix. The compressive strengths of concrete made of concrete mixtures with different percentages of plasticising agents and exposed to elevated temperatures are determined in the study. The compressive strength of the studied samples was determined in accordance with GOST 10180-2012 "Concretes. Methods for determining the strength of the control samples." The optimum amount of the additive CentramentAir 202 in concrete is 0.25% by weight of cement, while the increase in compressive strength of concrete is 11.5% at the age of 14 days and 1.7% at the age of 28 days, in relation to the compressive strength of the control composition. The introduction of the hyperplasticiser MC-PowerFlow 2695 in the amount of 0.4 to 0.6% by weight of cement reduces the compressive strength of concrete samples by an average of 29% at the age of 14 days and by 39.4% at the age of 28 days. Superplasticiser CentramentN 101 in an amount of from 0.6 to 1 % by weight of cement reduces the compressive strength of concrete samples by 11.5% + 35% at the age of 14 days and by 19-37.4% at the age of 28 days. The optimal amount of MC-Techniflow 70 additive in concrete is 1.2% by weight of cement, while the compressive strength of concrete is increased by 2.1% at the age of 14 days and by 0.6% at the age of 28 days. According to the results of the experiments, a highly plasticising additive MC-Techniflow 70 with an optimal dosage in the amount of 1.2% by weight of cement was acknowledged as effective, allowing to obtain high strength characteristics both at 14 days of age (29.2 MPa) and at 28 days of normal hardening (35.0 MPa).
Keywords: concrete, dry hot climate, compressive strength
Information about the article: Received March 26, 2019; accepted for publication April 23, 2019; available online June 28, 2019.
For citation: Selezneva O.I., Baranova A.A., Shustov P.A. Influence of plasticising additives on the process of concrete hardening in a dry hot climate. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2019, vol. 9, no. 2, pp. 364-371. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2019-2-364-371
Введение
Одним из распространенных строительных материалов, эксплуатируемых при воздействии высоких и низких температур, является тяжелый бетон.
Сухой жаркий климат, характерный для некоторых регионов Российской Федерации, вызывает сильное испарение влаги с поверхности твердеющего бетона, что впоследствии негативно сказывается на его прочностных характеристиках, повышая вероятность возникновения пластической усадки и образования трещин [1-4]. Предотвратить вышеперечисленные проблемы можно, укрывая бетон в период набора прочности водонепроницаемыми материалами, а также вводя в бетонную смесь пластифицирующие добавки [2, 5-16].
Цель работы - определить влияние воздухововлекающих и пластифицирующих добавок на процесс набора прочности бетонов твердеющих в условиях повышенных температур, а также определить их оптимальную дозировку в составе бетонной смеси.
Методы
В исследованиях использовались следующие сырьевые материалы:
- гранитный щебень фракции 10-20 мм;
- кварцевый песок с карьера ООО «Тюменьнеруд» с модулем крупности 2,3;
- портландцемент Сухоложского цементного завода марки ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н (М400);
- воздухововлекающая добавка Cen-trament Air 202;
- гиперпластификатор MC-PowerFlow
2695;
- сильно-пластифицирующая добавка МС-Techniflow 70;
- суперпластификатор МС-поколения Centrament N 101.
Бетонная смесь контрольного состава (без добавки) и с исследуемой добавкой была приготовлена вручную: отдозированные щебень, песок и портландцемент перемешивались в сухом состоянии до однородной смеси и затворялись водой с растворенной в ней исследуемой добавкой или без добавки. Далее бетонная смесь тщательно перемешивалась в течение 5 мин. Составы исследуемых бетонных смесей приведены в табл. 1. Из свежеприготовленных бетонных смесей формовались образцы-кубы размером 100x100x100 мм, которые отправлялись на сутки в сушильный шкаф, где поддерживалась повышенная температура +50 °С.
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
Через сутки образцы были расформо-ваны и помещены обратно в сушильный шкаф с температурой +50 °С до достижения ими возраста 14 и 28 сут.
Через 14 и 28 сут. твердения при повышенной температуре образцы были испытаны на сжатие (рис. 1) в соответствии с ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
Результаты и их обсуждение
Результаты испытаний сведены в табл. 2 и показаны на рис. 2-5. На рис. 2 показано, что оптимальное содержание воздухо-вовлекающей добавки Centrament Air 202 в бетоне составляет 0,25 % от массы цемента, при этом прирост прочности при сжатии бетона составляет 11,5 % в возрасте 14 сут. и 1,7 % в возрасте 28 сут. по отношению к прочности при сжатии контрольного состава.
Таблица 1
Составы бетонных смесей
Compositions of concrete mixtures
Table 1
Наименование добавки Содержание добавки, % от массы цемента № состава Расход на 1 м3 бетона
Щебень, кг Песок, кг Цемент, кг Вода, л Добавка, мл
Контрольный состав - 0 1320 590 380 230 -
Centrament Air 202 0,20 1 1320 590 380 230 0,76
0,25 2 1320 590 380 230 0,95
0,30 3 1320 590 380 230 1,14
MC-PowerFlow 2695 0,40 4 1320 590 380 230 1,52
0,50 5 1320 590 380 230 1,90
0,60 6 1320 590 380 230 2,28
МС-Techniflow 70 1,00 7 1320 590 380 230 3,80
1,20 8 1320 590 380 230 4,56
1,40 9 1320 590 380 230 5,32
Centrament N 101 0,60 10 1320 590 380 230 2,28
0,80 11 1320 590 380 230 3,04
1,00 12 1320 590 380 230 3,80
Рис. 1. Испытание на сжатие образца-куба Fig. 1. Compression test of sample-cube
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 зес (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 364-371 366 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 364-371
Таблица 2
Прочность при сжатии ^сж) бетонных образцов
Table 2
Compressive strength (Rcom) of concrete samples_
Наименование добавки Процент содержания добавки № состава Возраст бетонных образцов
14 суток 28 суток
Rсж, МПа Rсж, МПа
Контрольный состав - 0 28,6 34,6
Centrament Air 202 0,2 1 20,9 23,1
0,25 2 31,9 35,2
0,3 3 23,1 25,6
MC-PowerFlow 2695 0,4 4 18,8 20,5
0,5 5 21,1 20,7
0,6 6 20,9 21,7
МС-Techniflow 70 1,0 7 21,6 24,3
1,2 8 29,2 35,0
1,4 9 19,9 20,9
Centrament N 101 0,6 10 19,5 23,4
0,8 11 25,3 28,2
1,0 12 18,6 21,8
Рис. 2. Прочность при сжатии бетонов с добавкой Centrament Air 202 в возрасте 14 и 28 сут. Fig. 2. Compressive strength of concrete with the addition of Centrament Air 202
at the age of 14 and 28 days
Рис. 3. Прочность при сжатии бетонов с добавкой MC-PowerFlow 2695 в возрасте 14 и 28 сут. Fig. 3. Compressive strength of concrete with the addition of MC-PowerFlow 2695
at the age of 14 and 28 days
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
По данным диаграммы, изображенной на рис. 3, видно, что введение в состав бетона гиперпластификатора MC-PowerFlow 2695 в количестве от 0,4 до 0,6 % от массы цемента
снижает прочность при сжатии бетонных образцов в среднем на 29 % в возрасте 14 сут. и на 39,4 % в возрасте 28 сут по отношению к контрольной прочности при сжатии.
Рис. 4. Прочность при сжатии бетонов с добавкой МС-Techniflow 70 в возрасте 14 и 28 суток Fig. 4. Compressive strength of concrete with the addition of МС-Techniflow 70
at the age of 14 and 28 days
На рис. 4 показано, что оптимальное содержание сильно-пластифицирующей добавки МС-Techniflow 70 в бетоне составляет 1,2 % от массы цемента, при этом прочность
« 40 с
£ 35
| 30
1 25 о
2 20 о.
5 15
§ Ю
при сжатии бетона увеличивается на 2,1 % в возрасте 14 сут. и на 0,6 % в возрасте 28 сут. по сравнению с прочностью при сжатии контрольного состава.
Контр.
10(0,6%)
11 (0,8%)
12(1,0%)
Составы с процентом содержащейся добавки
| 14сут ■ 28 сут
Рис. 5. Прочность при сжатии бетонов с добавкой Centrament N 101
в возрасте 14 и 28 сут. Fig. 5. Compressive strength of concrete with the addition of Centrament N 101
at the age of 14 and 28 days
По результатам испытаний, изображенным на рис. 5, видно, что введение в состав бетона суперпластификатора Сеп^атеП N 101 в количестве от 0,6 до 1 % от массы цемента снижает прочность при сжатии бетонных образцов на 11,5-35 % в возрасте 14 сут. и на
19-37,4 % в возрасте 28 сут. по отношению к контрольной прочности при сжатии. Выводы
Экспериментально установлено, что: - пластифицирующие добавки МС-PowerFlow 2695 и Сеп^атеП N 101 негативно
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 368 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 364-371 368 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 364-371
влияют на прочностные характеристики бетона, твердеющего в условиях повышенных температур;
- введение в состав бетонов воздухо-вовлекающей добавки Centrament Air 202 в количестве 0,25 % от массы цемента или сильно пластифицирующей добавки МС-Techniflow 70 в количестве 1,2 % от массы цемента способствует повышению их прочности при сжатии;
- наибольшие прочностные характеристики бетона, твердеющего в условиях повы-
шенных температур, были получены с применением воздухововлекающей добавки Centra-ment Air 202 в количестве 0,25 % от массы цемента (31,9 МПа в возрасте 14 сут. и 35,2 МПа в возрасте 28 сут.).
Таким образом, для изготовления бетонов в условиях сухого жаркого климата можно порекомендовать две добавки: воздуховов-лекающую добавку Centrament Air 202 и сильно-пластифицирующую добавку МС-Techniflow 70.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2007. 526 с.
2. Шмитько Е.И., Берлина Н.А., Таман М.Х. Особенности процессов структурообразова-ния цементосодержащих систем в условиях пониженной влажности // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2010. № 11. С. 24-26.
3. Таман M.X.A. Исследование влияние способов ухода за бетоном в условиях жаркого климата на его свойства // Электр. сборник тез. докладов 66-й научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАСУ. 2011. 5 с.
4. Kim Н., Bentz D. Internal curing with crushed returned concrete aggregates for high performance concrete // NRMCA concrete technology forum, focus on sustainable development, 2008.
5. Elsageer М.А., Millard S.G., Barnett S.J. Strength development of concrete containing coal fly ash under different curing temperature conditions // World of coal ash (WOCA) conference May 4-7, 2009 in Lexington, KY, USA.
6. Selvamony С., Ravikuma M.S., Kannan S.U., Gnanappa S.B. Investigations on self-compacted self-curing concrete using limestone powder and clinkers // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2010. Vol. 5. № 3.
7. Concrete construction in hot weather. Cuid to good practice. London: Published Thomas Telford Ltd, Telford House, 1986. 9 p.
8. Леви С.С., Робинович С.Г., Совалов И.Г. Бетонные и железобетонные работы. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1974. 288 с.
9. Шмидт В.А. Стойкость бетона к циклическому увлажнению и высыханию в натурных условиях сухого и жаркого климата // Строительство и архитектура Узбекистана. 1970. № 6. С. 5-7.
10. Шмитько Е.И. О влиянии влажностного фактора на процессы начального структуро-образования в цементном тесте // Известия вузов. Сер. «Строительство». 1994. № 11. С. 75-81.
11. Курамбаев Б.В. Улучшение свойств бетона в условиях сухого и жаркого климата с помощью пластификаторов // Бетон и железобетон. 1982. № 3. С. 24-25.
12. Штоль Т.М., Евстратов Г.И. Строительство зданий и сооружений в условиях сухого жаркого климата. М.: Стройиздат, 1984. 350 с.
13. Несветаев Г.В. Система критериев для оценки эффективности суперпластификаторов и комплексных добавок на их основе / Современные бетоны. Сб. трудов 9-й межд. на-уч.-практ. конф. Запорожье: ООО «Будинду-стрия ЛТД», 2007. С. 64-71.
14. Несветаев Г.В. Эффективное применение суперпластификатора Полипласт СП-1 // Технологии бетонов 2006. № 1. С. 22-24.
15. Несветаев Г.В. Эффективное применение суперпластификатора Полипласт СП-1 // Технологии бетонов 2006. № 2. С. 6-9.
16. Несветаев Г.В. Эффективность применения суперпластификаторов в бетонах // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 23-25.
REFERENCES
1. Bazhenov Y.M. Tekhnologia betona [Technology of concrete]. Moscow: ASV Publ., 2007, 526 p. (In Russian)
2. Shmitko E.I., Berlina N.A., Taman M.H. Process features of forming structure of cement-containing systems in lower humidity conditions. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction materials, the equipment,
technologies of XXI century]. 2010, no. 11, pp. 24-26. (In Russian)
3. Taman M.H.A. Issledovanie vliyaniya spo-sobov ukhoda za betonom v usloviyakh zharkogo klimata nay ego svoystva [Investigating influence of methods of curing concrete on its properties in dry hot climate conditions]. Elektronniy sbornik tezisnykh dokladov 66-oy nauchno-prakticheskoy
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
konferentsii professorsko-prepodavatelskogo sostava VGASU [Electronic collection of thesis reports of scientific and practical conference for higher-education teaching personnel of VGASU]. Voronezh: VGASU Publ., 2011, p. 5 (In Russian)
4. Kim H., Bentz D. Internal curing with crushed returned concrete aggregates for high performance concrete. NRMCA concrete technology forum, focus on sustainable development, 2008.
5. Elsageer M. A., Millard S. G., Barnett S. J. Strength development of concrete containing coal fly ash under different curing temperature conditions. World of coal ash (WOCA) conference May 4-7, 2009 in Lexington, KY, USA.
6. Selvamony C., Ravikuma M.S., Kannan S.U., Gnanappa S. B. Investigations on self-compacted self-curing concrete using limestone powder and clinkers. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2010, vol. 5, no. 3.
7. Concrete construction in hot weather. Cuid to good practice. London. Published Thomas Telford Ltd, Telford House, 1986, 9 p.
8. Levi S.S., Robinovich S.G., Sovalov I.G. Betonnye i zhelezobetonnye raboty [Plain and reinforced concrete works]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1974, 288 p. (In Russian)
9. Shmidt V.A. Resistibility of concrete to cyclic hydration and drying in natural conditions of dry and hot climate. Construction and architecture of Uzbekistan. 1970, no. 6, pp. 5-7.
10. Shmitko E.I. About influence of humidity factor on processes of initial structure forming in cement paste. Izvestiya vuzov, seriya "Stroitel-stvo". № 11, pp. 75-81. (In Russian).
11. Kurambaev B.V. Uluchshenie svoystv betona v usloviyakh sukhogo i zharkogo klimata s po-moschyu plastifikatorov [Improvement of concrete properties in conditions of dry hot climate with the help of plastifiers]. Concrete and reinforced concrete. 1982, no. 3, pp. 24-25. (In Russian).
12. Shtol T.M., Evstratov G.I. Stroitelstvo zdaniy i sooruzheniy v usloviyakh sukhogo zharkogo klimata [Construction of buildings and structures in dry hot climate conditions]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1984, 350 p. (In Russian).
13. Nesvetayev G.V. Sistema kriteriyev dlya ot-senki effektivnosti superplastifikatorov i kom-pleksnykh dobavok na ih osnove. Sovremennye betony [System of criteria for estimation of efficiency of superplasticizers and complex additives based on them. Modern concrete]. Sbornik trudov 9-oy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Collected works of 9th international research and practical conference]. Zaporozhe: LLC "Budindustria LTD" Publ., 2007, pp. 64-71. (In Russian).
14. Nesvetayev G.V. Efficient use of siperplasti-fier Polyplast SP-1. Tekhnologii betonov, 2006, no. 1, pp. 22-24; no. 2. pp. 6-9. (In Russian)
15. Nesvetayev G.V. Efficient use of siperplasti-fier Polyplast SP-1. Tekhnologii betonov, 2006, no. 2. pp. 6-9. (In Russian).
16. Nesvetayev G.V. Efficiency of using superplasticizers in concrete. Stroitelnye materialy, 2006, no. 10, pp. 23-25. (In Russian).
Критерии авторства
Селезнёва О.И., Баранова А.А., Шустов П.А. имеют равные авторские права. Селезнёва О.И. несёт ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах
Селезнёва Ольга Игоревна,
кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов, Тюменский индустриальный университет, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, Россия,
e-mail: sel_olga@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0178-7509
Contribution
Olga I. Selezneva, Albina A. Baranova, Pavel A. Shustov have equal author's rights. Olga I. Se-lezneva bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
Information about the authors
Olga I. Selezneva,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Department of Building Materials,
Industrial University of Tyumen, 38 Volodarskogo St., Tyumen 625000, Russia,
e-mail: sel_olga@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0178-7509
ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 370 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 364-371 370 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 364-371
Баранова Альбина Алексеевна,
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства,
Ангарский государственный технический университет,
665835, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60, Россия,
He-mail: baranova2012aa@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5939-3334 Шустов Павел Александрович,
кандидат технических наук, доцент кафедры строительного производства,
Ангарский государственный технический университет,
665835, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60, Россия,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Россия,
e-mail: shustovpa@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2547-3579
Albina A. Baranova,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Department of Industrial and Civil Engineering, Angarsk State Technical University, 60 Chaikovskogo St., Angarsk, 665835, Russia, He-mail: baranova2012aa@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5939-3334
Pavel A. Shustov,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Department of Construction Production, Angarsk State Technical University, 60 Chaikovskogo St., Angarsk, 665835, Russia, Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, e-mail: shustovpa@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2547-3579
Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917
