Добавки в бетон Справочное пособие
БЕТОННАЯ СМЕСЬ
4.3.1. Удобообрабатыва - емость измеряют по расплыву конуса (в том числе модифицированному) и фактору компактности. Эти методы неудовлетворительны при'использова - нии литых бетонных смесей.
В стандарте DIN 1048 литая бетонная смесь определяется как смесь, которая растекается на 510 мм в диаметре; согласно стандарту BSS 1881, такая смесь должна иметь осадку конуса выше 185 мм. Более распространен метод осадки конуса, хотя его предельное значение лежит в области 225— 250 мм. Этот полустатический метод не позволяет охарактеризовать поведение бетонной смеси в динамических условиях. Реология смеси рассматривалась в разд. 4.2.1. В работе [32] предложен миниатюрный прибор для определения осадки конуса, что позволяет работать с малым количеством материала. В этом случае используют конус с нижним диаметром 38 и верхним—19 мм при высоте 57 мм; соотношения размеров в конусе пропорциональны тем, которые предусмотрены в ASTM 143.
Предложенный метод позволяет оценить относительную удобоукладываемость цементного теста (пасты) и растворной смеси и пригоден при изучении действия суперпластификаторов на цементы разного типа. Влияние суперпластификаторов на увеличение осадки конуса зависит от их типа, дозировки и времени введения, В/Ц, содержания цемента и заполнителей, температуры и т. д.
Химическая природа добавок отражается на их эффективности через изменение величины осадки конуса. Например, для получения смеси с осадкой конуса 260 мм (против 50 мм в смеси без добавок) следует ввести 0,6% СМФ и только 0,4% СНФ. В целом можно констатировать, что суперпластификаторы вводят в больших дозах, чем принято при использовании обычных водопонижающих добавок.
Дозировка суперпластификаторов, требуемая для получения заданной осадки конуса, зависит от исходной осадки: чем она ниже, тем больше следует ввести добавки, однако при больших дозировках эта разница уменьшается (рис. 4.17) [1, 34]. Таким образом, суперпластификаторы позволяют в широком диапазоне изменять удобообрабатыва - емость бетонной смеси, оставляя почти неизменным исходное значение водоцементного отношения.
Время введения суперпластификаторов также влияет на значение осадки конуса. Хотя они эффективны и при введении с водой затворения, лучшие результаты получают при добавлении суперпластификаторов через несколько минут после смешения цемента с водой. Механизм, ответственный за этот результат, был обсужден выше (см. разд. 4.2.2). Однако введение добавок в период от 5 до 50 мин после затворения цемента водой приводит к уменьшению осадки конуса (рис. 4.18) [1, 35].
Различия в действии суперпластификаторов проявляются при использовании цементов разных типов. Например, при добавлении 1,5% СМФ к бетонным смесям на цементах типа
I, II и V с исходной осадкой конуса 76 мм она возрастает до 222, 216 и 229 мм соответственно [36]. Важно поэтому проводить предварительные испытания, особенно если предполагается применять цемент нового типа.
Величина осадки конуса зависит также от содержания цемента в смеси. Так, при использовании СМФ осадка конуса при расходе цемента 237, 326 и 415 кг на 1 м3 составляла соответственно 203, 222 и 254 мм [36]. Следует отметить, что и в отсутствие добавок осадка конуса росла с увеличением содержания цемента в смеси. В интервале температур от 5 до 30 °С не наблюдалось заметного изменения эффектив-' ности суперпластификаторов.
4.3.2. Водопонижающее действие. Так как суперпластификаторы позволяют снизить во - допотребность смеси на 15— 30% без изменения ее удобо - обрабатываемости по сравнению с эталоном, то в результате бетон характеризуется высокими прочностью и непроницаемостью.
Ок |
,мм —I-- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1 г 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Дозировка суперпластшрикатора,% J__ 1_ i_ i_ i_ i_ i i—i—l |
220 200 180 160 140 120 100 80 60 |
Рис. 4.17. Зависимость осадки конуса (ОК) бетониой смеси от дозировки суперпластификатора при начальной осадке конуса 80 мм (/) и 120 мм (2) [1,34] 0 10 20 30 40 50 Возраст бетонной спеси до введения добавки, мин Рис. 4.18. Зависимость осадки конуса (О/С) бетонной смеси от времени введения суперпластификатора при малой (/), средней (2) и большой (3) дозировке добавки [1, 35] |
0 К, мм 210 190 170 150 130 110 90 70 |
Водопонижающее действие суперпластификаторов зависит от их дозировки и исходной осадки конуса (табл. 4.2) [37]. Очевидно, нет необходимости снижать водопотребность сверх той, которую обеспечивает введение добавки. Хотя суперпластификаторы способствуют снижению водопотребности цемента всех типов, степень этого снижения неодинакова. Прежде всего оптимальное содержание добавки меламинформальде-
Таблица 4.2. ВОДОПОНИЖЛЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ДОБАВКИ НАФТАЛИНФОРМАЛЬДЕГИДНОГО ТИПА
|
Гидного типа больше, чем наф - талинформальдегидного типа [38].
4.3.3. Приготовление бетонной смеси. Для бетонной смеси с осадкой конуса от 20 до 180 мм используют нормальную смесь, аналогичную предусмотренной в стандарте АСІ 211.1, или с небольшими отклонениями от нее. Существенно, что с целью повышения величины осадки конуса в ней увеличивают объем песка. Ассоциация цемента и бетона Великобритании рекомендует следующие два принципа для приготовления смеси.
1. Для получения по традиционной технологии смеси литой консистенции из смеси с исходной осадкой конуса 75 мм (без пористых заполнителей) необходимо добавить кроме суперпластификатора 4—5% песка.
2. Если максимальный размер зерен заполнителей 38 мм, то суммарное количество цемента и пылеватых (мелких) фракций песка размером менее 300 мкм должно быть не ниже 400 кг на 1 м3. Если максимальный размер частиц заполнителя 20 мм, то требуется 450 кг на 1 м3 смеси цемент + пыле - ватые фракции песка. При содержании цемента 270 кг на 1 м3 и более в бетонную смесь вводят 24—30% песка фракции 0—18 мм, менее 270 кг на 1 м3 — 35% песка, проходящего через сито 1,18 мм. Если не. обеспечить оптимального содержания песка, то может произойти расслоение и отделение смеси.
Быстрое уменьшение удобооб - рабатываемости смеси через 30—60 мин после затворения суть потеря подвижности, которая зависит от начального значения осадки конуса, типа и количества введенного суперпластификатора, вида и содержания цемента, времени введения добавки, влажности, температуры, принятой технологии приготовления смеси и наличия других добавок. Например, при введении 0,6% СМФ, СНФ и МЛС потеря подвижности смеси была наибольшей при использовании СМФ [33]. Из данных табл. 4.3 видно влияние температуры на этот показатель.
Таблица 4.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СНИЖЕНИЕ ПОДВИЖНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ С ДОБАВКОЙ СНФ
Время, ч |
Осадка конуса, мм, при темпера- |
||
Туре, °С |
|||
4 |
21 |
42 |
|
0 |
220 |
220 |
210 |
0,5 |
205 |
200 |
195 |
1 |
210 |
195 |
185 |
2 |
210 |
200 |
150 |
4 |
185 |
140 |
30 |
Химико-минералогический состав цемента также влияет на темп снижения подвижности смеси, но механизм этого процесса в зависимости от состава цемента изучен недостаточно. Известно, что в этот период СзА реагирует с гипсом, поэтому возможно, что к важным факторам, во многом определяющим потерю подвижности смеси, следует отнести как условия протекания реакции, так и характер образующихся кристаллических продуктов. Введение суперпластификаторов усиливает протекание этой реакции [5, 30]. Реакция между СзА и гипсом ускоряется также с ростом содержания щелочей в цементе. Согласно [40], на потерю подвижности смеси большее влияние оказывает коагуляция частиц, чем образование химических связей между ними.
Предпринято много попыток стабилизировать подвижность бетонной смеси в присутствии суперпластификаторов. Этого можно достичь, вводя большие, чем обычно, дозы добавок. Другой прием — введение суперпластификаторов, в том числе повторное, через разные про-. межутки времени после затворения цемента водой. Об этом свидетельствуют данные, приведенные на рис. 4.19 для добавки СМФ [41]; аналогичные результаты получены также для СНФ.
Повторное введение суперпластификаторов приводит к увеличению их адсорбции и ^-потенциала, а также к уменьшению вязкости. Потеря под-
ОК. мп Рис. 4.19. Влияние повторного введения СМФ в бетонную смесь на осадку конуса [41| 1, 11, 111 — соответственно первичное, вторичное и третичное введение добавки |
ОК. мм 120 і, мин Рис. 4.20. Влияние глюконата натрия и его смеси с СМФ на кинетику снижения осадки конуса [41] / — 0,05 % глюконата натрия; 2 — то же+ - f-СМФ; 3 — 0,1 % глюконата натрия; 4 — то же-f СМФ |
Вижности затормаживается также при введении в состав суперпластификатора замедлителя схватывания цемента; на рис. 4.20 показано влияние глюконата натрия на кинетику изменения осадки конуса смеси в присутствии СМФ, подтверждающее сказанное [42].
Содержание цемента в смеси
Также влияет на темп потери ее подвижности: с увеличением его расхода эти процессы замедляются [36].
4.3.5. Расслоение и водоотделение. Расслоением (сегрегацией) называется разделение компонентов смеси из-за различия их размеров и плотности.
Водоотделение — частный случай сегрегации, при котором вода выделяется на поверхности бетонной смеси. Поскольку в принципе водоотделение уменьшается с понижением водоцементного отношения, суперпластификаторы, если их используют для снижения В/Ц, не вызывают ни расслоения, ни водоотделения. Это подтверждено в опытах на бетонных смесях с цементом типа I, II и V. При получении литых бетонных смесей с помощью суперпластификаторов возможны оба указанных процесса, если не предприняты соответствующие меры. С целью предотвращения расслоения и водоотделения необходимо повысить содержание в смеси песка и цемента. Так, согласно нормам Канадской ассоциации стандартов (А266.5М 1981), в традиционных смесях литой консистенции с заполнителями максимальной крупности 40, 20 и 14 мм рекомендуется минимальное количество смеси цемента и тонких фракций песка (проходящих через сито 300 мкм) соответственно 400, 450 и 500 кг на 1 м3.
Суперпластификаторы на основе нафталинсульфокислоты, а также лигносульфонатов вовлекают некоторое количество воздуха.
В подвижных бетонных смесях суперпластификаторы способствуют удалению воздуха. В типичных смесях остается 1—3% воздуха. Повторное введение суперпластификатора инициирует удаление воздуха. При В/Д=0,42 в смеси с СНФ исходное содержание воздуха 4,9% снижается после первого, второго и третьего введения добавки соответственно до 3,8; 1,7 и 1,5%. В то же время в присутствии лигносульфоната содержание воздуха в смеси может существенно возрасти [43].
Суперпластификаторы способствуют также коалесценции пузырьков воздуха.
4.3.7. Сроки схватывания. В принципе суперпластификаторы замедляют сроки схватывания цемента. Количество добавки и ее состав определяют степень замедляющего действия. Как видно из рис. 4.21, на котором представлены результаты исследования кинетики изменения показателя пенет- рации проб с добавками трех типов [41], все они, кроме СМФ, слабо ускоряющей процессы схватывания, относятся к замедлителям. Сроки схватывания можно ускорить или замедлить, комбинируя суперпластификаторы с другими добавками (рис. 4.22).
4.3.8. Совместимость с другими добавками. Суперпластификаторы совмещаются с замедлителями, ускорителями схватывания и воздухововле - кающими добавками. В некото-
Рис. '4.21. Влияние суперпластификаторов на сроки схватывания цемента [41]
1 — эталон; 2 — СМФ; 3 — СНФ; 4 — ЛСМ
Рых случаях при этом наблюдается синергетический эффект. Следует, однако, для практического использования экспериментально подобрать соответствующие составы. При этом не всегда легко подобрать такую комбинацию суперпластификатора с воздухововлекаго - щей добавкой, которая обеспечила бы соответствующее распределение пузырьков и расстояние между ними в бетоне.
Установлена также совместимость составов, содержащих суперпластификаторы, с разными партиями золы-уноса [44].