CC BY
14
УДК 666.972.16
Н. А. Н1К1ФОРОВА, В. О. МОМОТ (ДПТ), О. О. ВЕРГУН (Приднiпровська державна академiя будiвництва i архiтектури, Днiпропетровськ)
ВПЛИВ КОМПЛЕКСНИХ МОДИФ1КОВАНИХ ДОБАВОК НА МОРОЗОСТ1ЙК1СТЬ ВАЖКИХ БЕТОН1В
Наведеш результаты дослвдження впливу комплексных модифшэваних добавок на морозостшшсть важ-кого бетону.
Ключовi слова: х1м1чш добавки, дикарбонова кислота, суперпластифжатори, експлуатацшш властивосп, морозостшшсть, порова структура, мщшсть, водонасичення
Останшми роками на Укра!ш виник великий штерес до застосування в бетонах х1м1чних добавок, що дозволяють регулювати термши схо-плювання цементу, темпи тужавшня бетону, економити матер1альш { енергетичш ресурси (цемент, пару, електроенерпю I ш.), додавати бетону необхщш властивосп (морозостшюсть, водонепроникшсть, стшюсть в агресивних се-редовищах, можливють подач1 в труднодоступ-ш мюця).
Наряду з пластифшуючими комплексними добавками, що е на ринку буд1вництва з'явилися нов1 високоефективш суперпластиф1-катори, що дозволяють забезпечувати необхщш властивосп бетошв р1зного призначення. Разом з тим, випуск таких добавок обмежений, { важ-ливим фактором е висока вартють, що стримуе !х широке використання.
Ршення питань регулювання ф1зико-мехашчних властивостей, реологи бетону, мо-жливо за рахунок застосування сировинно! бази комплексних модифшованих добавок, яка е на Укра!ш.
До особливо! групи таких добавок можна вщнести нижч1 дикарбонов1 кислоти, таю як янтарна, глутарова, адитнова, що е вторинним продуктом в1тчизняних завод1в (Р1вненського 1 Ившчнодонецького) по випуску адишново! кислоти. Науковий { практичний штерес спо-стершаеться при застосуванш добавок в технологи важкого бетону.
Перспективним напрямом слщ вважати застосування в бетонах модифшованих нижчих дикарбонових кислот лужними реагентами. Це дозволяе шдвищити ефективнють застосування добавок в бетонах для широко! номенклатури вироб1в з ршенням задач шдвищення якосп, зниження витрати цементу в бетош { пари при тепловолопснш обробщ бетонних { зал1зобе-тонних вироб1в { конструкцш.
Таким чином, отримання бетошв з регульо-ваними реолопчними { ф1зико-мехашчними
властивостями !з застосуванням комплексних модиф1катор1в - лужних солей дикарбонових кислот, е актуальним завданням.
Вщомо, що одним з головних фактор1в, яю визначають стуктурно-мехашчш й експлуатацшш властивост конгломератних цементних систем е характер 1 властивосп контакпв м1ж заповнювачем { цементним каменем.
Роль заповнювача е як в досягненш економи цементу, в усуненш усадкових явищ, так { в основнш структуротворнш функци, де вш вза-емод1е з цементним тютом, пот1м з цементним каменем.
Введення в цементне тюто заповнювача зменшуе рухливють сумш1 !з-за вщвернення частини води на змочування поверхонь запов-нювач1в; за рахунок дп поверхневих сил змшюе властивосп цементного тюта на межах роздшу, збшьшуючи в'язюсть, тдвищуючи тим самим пластичну мщшсть.
Структуротворна роль заповнювача зале-жить як вщ реолопчних властивостей цементного тюту, об'ему новоутворення, так { вщ фо-рми частинок заповнювача, активносп його поверхш, об'емного заповнення, впливу добавок, у тому числ1 1 ПАР.
У практищ застосування бетонних сумшей, що мютять пластиф1куюч1 добавки, важливими характеристиками е як досягнення початкового пластиф1куючого ефекту, так { можливють збе-реження його достатнш час для технолопчних передшв.
Одшею з основних дш зовшшнього середо-вища в кл1матичних умовах Укра!ни е заморо-жування бетону у водонасиченому сташ, який характеризуеться його морозостшюстю. Таким чином, умовна характеристика, що дозволяе оцшити здатшсть бетону збершати ф1зико-мехашчш властивосп при негативних температурах, { особливо при багатократному попере-мшному заморожуванш { вщтаванш, е його мо-розостшюсть. При цьому процеси, що протша-
© Нтфорова Н. А., Момот В. О., Вергун О. О., 2012
ють в бетош, сприяють поступовому накопи-ченню в ньому пошкоджень.
Стутнь пошкодження бетону залежить вiд ступеня його водонасичення, який характеризу-еться загальним об'емом пор, !х розмiром, формою i проникнiстю порово! структури. При розглядi питань, пов'язаних з морозостшюстю, необхiдно враховувати типовi умови заморо-жування i вщтавання: заморожування на пов№ рi i вiдтавання у водi бетону, що мае рiзний по-чатковий стутнь водонасичення; заморожування i вщтавання при безперервному капшяр-ному тдсос води; заморожування при повному зануренш у воду (вмерзання в лщ) i вiдтавання у водi. Оскшьки структура цементного каменя i його порового простору залежить вщ мшерало-гiчного складу клiнкеру, вмiсту в цемент гiпсу, тонкостi помелу, вмюту лугiв, вигляду i кшько-ст добавок - цi фактори впливатимуть на мо-розостiйкiсть бетону [1].
Говорячи про вплив добавок, в першу чергу, важливо зупинитися на характерi порового простору цементного каменя, що визначае по-казники по морозостшкость Головним струк-турним параметром морозостшкосп бетону е ступiнь насичення, що визначае сшввщношен-ня об'емiв закритих умовно-замкнутих i вiдк-ритих, доступних для води пор:
Сн =
и з
и з
и „
(1)
де изв - об'ем замерзаючо! води; ив - об'ем пов^ря в одиницi об'ему бетону.
Бетон високо! морозостiйкостi мае Сн < 0,88 - випадок, коли об'ем резервних пор перевищуе можливi прирости об'ему пор тд час переходу води в лщ. При Сн > 0,91 насту-пае швидке руйнування бетону при ци^чному заморожуваннi i вiдтаваннi.
У порах, що поеднуються мiж собою, вода може перемщатися пiд дiею температур - вiд теплого до холодного. Наслщком цього е шд-вищення водонасичення зовнiшнього шару, внаслщок чого з кожним циклом заморожування i вiдтавання вiдбуваеться пошарове руйнування бетону. Якщо умови для м^раци води вiдсутнi то морозостшюсть бетону забезпечу-еться навггь якщо об'ем пор достатньо високий.
Важливе значення при розглядi морозостшкосп бетону мае i сшввщношення контракцш-но! i капшярно! пористосп, особливо при пос-тiйному пов^роутягуванш.
Найдрiбнiшi контракцiйнi пори, будучи складовою частиною пор, гелiв, не виконують
роль демпферiв, як повiтрянi бульбашки, залу-ченi ПАР. Вони вщтягують воду з крупнiших капiлярних пор, як тим самим зневоднюються i надалi блокуються цементним гелем. Таю вто-риннi пори поповнюють загальний об'ем резервних пор.
Щцвищення щiльностi бетону для полш-шення морозостiйкостi досягаеться наступними технологiчними прийомами:
- зниженням В/Ц;
- ефективним ущшьненням бетону;
- використанням хiмiчних добавок, що створюють замкнуту пористють.
В результат загальна пористiсть i водопог-линання бетону зменшуються. Зпдно другому закону Рауля, введення розчишв електролiтiв сприяе зниженню температури замерзання води.
Хiмiчнi добавки, будучи основними регуляторами структури бетону i його порового простору, виходячи iз загально! науково! класифша-цл добавок, вносять свiй внесок у вщношення впливу на морозостшюсть. При цьому вплив добавок четвертого класу - ПАР на морозос-тiйкiсть загальновщомий (пластифiкацiя i зни-ження В/Ц, пов^роутягування i iн.). Як показали дослщження, цементний камiнь з додаван-ням доменного шлаку в порiвняннi з бездоба-вочним цементним каменем показав значно вищу щшьшсть, що забезпечувалося присутню-тю великого об'ему тонких пор розмiром 4,5...15 нм. Об'ем пор, гелiв, з максимумом пор за розмiром 2 нм при додаванш доменного шлаку також тдвищуеться, що пояснюеться шдвищенням кiлькостi гiдросилiкатiв кальцiю. Особливе полшшення порово! структури характерно при термоволопснш обробцi бетонiв на в'яжучому з великим вмiстом основних шлаюв.
Хiмiчнi добавки е основним регулятором структури бетону i його порового простору. Виходячи iз загально! науково! класифшаци добавок, можна вiдзначити, що кожен клас добавок вносить свш внесок вщносно впливу на морозостшюсть. Добавки першого i другого класу, окрiм фазоутворюючих функцiй, впли-вають на льодовиникнення в порах при замо-рожуванш i вiдтаваннi. З них найбшьш ефекти-внi сильнi електрол^и, якi значно знижують температуру замерзання льоду i змiнюють кое-фщент об'емного розширення льоду. У прису-тностi цих добавок формуеться стабшьна моро-зостiйка структура порового простору бетону з переважанням мiкропор i пор гелю, зменшуеть-ся кшьюсть льоду при заморожуваннi, тдви-щуються гранична розтяжнiсть, динамiчний
модуль пружност i мiцнiсть бетону. Вплив добавок четвертого класу - ПАР на морозостш-юсть загальновщома (пластифiкацiя i зниження В/Ц, гiдрофобiзацiя, повiтроутягування, газоут-ворення). Позитивний вплив на морозостшюсть виконують пори розмiром 50.500 мкм, утво-рюванi пов^роутягуючими, мшрошноутворю-ючими добавками, на вiдмiну вiд пор, утворе-
них повггрям в результатi ущiльнення бетонно! сумiшi або !! недоущiльнення [1, 2].
Дослщження морозостiйкостi бетону з ком-плексними модифiкаторами проводилося по стандартнш методицi. Як в'яжуче застосовува-вся портландцемент Криворiзького цементного заводу i комплекснi модифiкатори МПДКi i ва-пно + МПДКi + ЛСТ. Результати дослщжень представленi в табл. 1.
Таблиця 1
Морозостшшсть важкого бетону, який мiстить комплекснi модификатор!!
Найменування добавки Кшьюсть добавки, % ввд маси цементу Межа мшност при стиску, Яст , МПа Коефщент морозостшкосл, Кмрз
До випробу-вання Кшьюсть цикл1в К мрз 100 К мрз 200 К мрз 300
100 200 300
Без добавки - 44,3 45,5 46,1 46,1 1,0 1,0 0,71
МПДЮ 0,6 50,1 50,4 54,2 54,2 1,0 1,0 1,0
МПДЮ 0,8 52,3 51,9 55,2 55,2 1,0 1,0 1,0
Вапно + МПДЮ + ЛСТ 2,5 + 0,5 + 0,15 55,5 56,4 57,1 57,1 1,0 1,0 1,0
З приведених результатiв дослiджень вит> кае, що важкий бетон з комплексними модифь каторами мае морозостшюсть вище, нiж бетон без добавок. Зниження коефщента морозостш-костi бетонних зразюв пiсля 300 циклiв замо-рожування i вiдтавання спостерiгаеться тшьки в бетонi без добавки. Таким чином, введення добавок МПДЮ i вапно + МПДКi + ЛСТ тдви-щують морозостiйкiсть бетону як мшмум на 100 циктв. Пiдвищення морозостiйкостi бетону можна пояснити шдвищенням щiльностi цементного каменя при введенш комплексних мо-дифiкаторiв. Результати дослiдження морозос-тiйкостi добре узгоджуються з даними досл> джень мщшсних характеристик бетонiв з добавками ЛСТ i МПДКi (рис. 1-4).
с 0,5% ЛСТ + 2,5% ИТ +
с с 0,5% ЛСТ 0,5% ЛСТ + 2,5% ИТ ^^^
с 0,15% ЛСТ + 2,5% ИТ + 0,5% МПДКи
с 0,15% ЛСТ 2,5% ИТ
с 0,15% ЛСТ
Без добавки
Вид i кiлькiсть комплексно! добавки
Рис. 2. Вплив комплексних х1м1чних добавок на зм1ну рухливосп бетонно!' сум1ш1
И,мм 180,00
90,00
0,00
г
% Без добавки -*-0,1% ЛСТ + 2,5% ИТ -♦-0,25% ЛСТ + 2,5% ИТ
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
^ хвилини
Рис. 1. Вплив комплексних х1м1чних добавок ЛСТ + ИТ на швидшсть осадження портландцементно! суспензи
Рис. 3. Кшетика змши мщносп бетону з х1м1чними добавками, що тверд1е в нормально-волопсних умовах
30
25
20
5
0
150,00
120,00
30,00
3 доби
7 д|б
28 д|б
сприяе шдвищенню щiльностi цементного ка-меня, внаслщок чого пiдвищуeться морозостш-юсть бетону.
Роботою теоретично доведена й експериме-нтально пiдтверджена можливiсть модифшаци важкого бетону за рахунок введення у його склад комплексних полiфункцiональних моди-фiкаторiв на основi вапна з вiдходiв прничо1 промисловостi, низькомолекулярних кальще-вих солей дикарбонових кислот та високомоле-кулярних лiгносульфонатiв, що приводить до збшьшення пластичностi цементу й шдвищення його активностi; виявлено, що забезпечення необхiдних експлуатацiйних властивостей важкого бетону (морозостшкосп, сульфатостшкос-•п, корозшно1 стiйкостi арматури в бетош) до-сягаеться завдяки оптимiзащl складу i взаемоди комплексних модифiкаторiв полiфункцiональ-но! ди.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Алексеев, С. Н. Долговечность железобетона в агрессивных средах [Текст] / С. Н. Алексеев, Ф. М. Иванов, С. Модры, П. Шиссль. - М.: Стройиздат, 1990. - 320 с.
2. Ратинов, В. Б. Добавки в бетон [Текст] / В. Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. - М.: Стройиздат, 1973. - 207 с.
Надшшла до редколеги 29.02.2012.
Прийнята до друку 29.03.2012.
Н. А. НИКИФОРОВА, В. А. МОМОТ (ДИИТ), О. А. ВЕРГУН (Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск)
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ДОБАВОК НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ
Приведены результаты исследования влияния комплексных модифицированных добавок на морозостойкость тяжелого бетона.
Ключевые слова: химические добавки, дикарбоновая кислота, суперпластификаторы, эксплуатационные свойства, морозостойкость, поровся структура, прочность, водонасыщение
N. A. NIKIFOROVA, V. O. MOMOT (Dnepropetrovsk National University of Railway Transport), O. O. VERGUN (Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dniepropetrovsk)
ESTABLISHMENT OF POSSIBILITY OF THE USE OF COVERING BREEDS OF QUARRIES OF BROWN COAL IN BUILDING INDUSTRY
The results of research of influencing of the modified additions are resulted on the frost-resistance of heavy concrete.
Keywords: ^emical additions, dicarbonic acid, superplasticizers, operating properties, frost-resistance, structure of pores, durability, satiation by water
Рис. 4. Кшетика змши мщносл бетону з хiмiчними добавками, що твердie при тепло-волопснш обробщ
Як показали дослщження, введення добавок уповшьнюе швидюсть осадження цементное' суспензп, а також скорочуе перюд структуроу-творення цементного тюта. Добавки володдать полiфункцiональною дiею, що виявляеться пеп-тизуючим ефектом, скороченням перюду стру-ктуроутворення.
Встановлено, що комплексш полiфункцiо-нальш модифшатори тдвищують рухомють бетонно1 сумiшi у 2...3 рази, сприяють зрос-танню мщносп бетону, що твердiе як у норма-льно-вологiсних умовах, так i з застосуванням тепловолого1 обробки. Прирют мiцностi важкого бетону з добавками складае 17.53 %.
Добавка МПДЮ, знижуючи водопотребу бетонно1 сумiшi i зберiгаючи задану рухливiсть
