Добавки в бетон Справочное пособие

ДОБАВКИ, ОБЛЕГЧАЮЩИЕ ПОДАЧУ БЕТОНА И РАСТВОРА НАСОСАМИ

Хотя ряд химических добавок (воздухововлекающие агенты, водопонижающие и суперплас­тификаторы) используется для облегчения перекачиваемости, они не включаются в кате­горию добавок, облегчающих перекачку. Эти добавки широко используются в бетоне и поэто­му рассматриваются как обыч­ные составляющие бетона.

Добавки, облегчающие пе­рекачку, используются для пе­рекачки труднотранспортируе - мой насосами бетонной смеси, а не легкоперекачиваемой сме­си. Они применяются главным образом для улучшения плас-' тичных свойств бетонной смеси в условиях, когда не предъяв­ляются повышенные требова­ния к прочности бетона.

9.6.1. Виды добавок. Мате­риалы, используемые для об­легчения перекачки, классифи­цируются в зависимости от их физических характеристик [60, 61].

Класс А. Водорастворимые синтетические и природные по­лимеры, повышающие вязкость воды смешивания.

Класс В. Органические во­дорастворимые флокулянты, ко­торые абсорбируются на части­цах цемента и увеличивают вязкость, способствуя силам притяжения между частицами.

Класс С. Эмульсии различ­ных органических материалов, которые увеличивают притя­жение частиц и также обеспе­чивают дополнительное увели­чение супертонких частиц в цементном тесте.

Класс D. Неорганические материалы с высокой удельной поверхностью, которые увели­чивают водоудерживающую способность смеси.

Класс Е. Неорганические материалы, которые увеличи­вают число тонких частиц в растворном тесте.

9.6.2.1. Химический состав. Материалы, принадлежащие к классу А, включают эфиры цел­люлозы, желатинизированные крахмалы, оксиды полиэтилена, альгинаты, жемчужный мох, полиакриламиды, полимеры карбоксивинила и виниловый спирт.

К материалам класса В от­носятся сополимеры стирола с карбоксильными группами, синтетические полиэлектролиты и природные каучуки.

Класс С включает парафи­новые восковые эмульсии, кото­рые нестабильны в водном це­ментном тесте, акриловые эмульсии и водные дисперсии глины.

К классу D относятся ма­териалы, которые удерживают воду благодаря высокой удель­ной поверхности или необыч­ным свойствам поверхности; они включают очень тонкие глины (бентониты), пирогенные кремнеземы, белую сажу, моло­тый асбест и другие волокнис­тые материалы.

Класс Е включает золу - унос, гидратированную из­весть, каолин, диатомит и дру­гие сырьевые или обожженные пуццолановые материалы и различные горные порошкооб­разные материалы. К этому классу могут также относиться и другие материалы [62, 63].

9.6.3. Изготовление и ис­пользование. 9.6.3.1. Дозирова­ние добавок. Для указанных классов добавок применяют следующую дозировку, % твер­дого вещества от массы цемен­та: класс А — 0,2—0,5; класс В — 0,01—0,10; класс С — 0,10—1,50; классы D и Е— 1—25 %.

Дозировки, превышающие 2% (классы D и Е), исполь­зуются только для материалов, которые имеют отчетливую пуц - цолановую или гидравлическую активность. Введение добавки обычно производится путем замены цемента, при этом со­держание цемента уменьшается на количество вводимой добав­ки. В некоторых случаях, когда важно сохранить проектную прочность, содержание цемента не уменьшается, при этом до­бавка применяется в меньших количествах.

Поскольку добавки приме­няются в небольших количест­вах, нужно соблюдать точность дозировки. Для жидких мате­риалов следует использовать автоматизированное дозировоч­ное оборудование. Для порош­ков можно применять общий объемный дозатор, например мерный сосуд, или дозировать материал по массе цемента. Некоторые производители по­ставляют на рынок материал в водорастворимой упаковке, которая содержит необходимое количество добавки (по массе). Эти упаковки подаются непо­средственно в смеситель.

9.6.3.2. Введение добавки. Обычно добавки вводятся пря­мо в смеситель. Жидкие мате­риалы, такие, как бентонит и парафиновые эмульсии, обычно дозируются с помощью авто­матического оборудования с отмеренной водой затворения.

Тонкие порошки смешивают с мелким песком, так как они применяются в небольших коли­чествах и всплывают в воде затворения. Материал добавля­ется сразу после загрузки за­полнителей и короткого пере­мешивания перед загрузкой цемента. Для обеспечения гомо­генности смеси требуется более длительное и тщательное пере­мешивание. Такие материалы, как оксид полиэтилена, эфиры целлюлозы и некоторые синте­тические полиэлектролиты яв­ляются гигроскопичными ве­ществами и имеют тенденцию образовывать медленно раство­римые «комки», вступая в кон­такт с влагой. Поэтому для обеспечения равномерного рас­пределения в бетоне следует перед подачей в смесь раство­рить их в воде. При использова­нии оксидов полиэтилена посте­пенная подача порошка в боль­шом объеме воды, содержащей немного изопропанола, и тща­тельное перемешивание пред­охраняют от образования ком­ков.

9.6.3.3. Складирование и

Хранение. Некоторые порошки образуют легко впитываемую влагу, когда эмульсии подвер­жены коагуляции или погло­щаются твердой фазой вещест­ва при замораживании. Необ­ходимо хранить эти материалы в сухом месте при нормаль­ной температуре (20—22 °С). Максимально возможный срок их хранения не должен пре­вышать 6—9 мес. Необходимо, чтобы производитель сообщил эти данные перед использова­нием материалов.

9.6.3.4. Предосторожности. При использовании порошков первоначальное перемешивание приводит к получению жесткой консистенции смеси, однако по мере растворения полимеров при дальнейшем перемешива­нии образуется более пластич­ная смесь. Поэтому рекомен­дуется ограничивать введение избыточной воды на начальных стадиях перемешивания.

9.6.4. Свойства пластичного бетона. 9.6.4.1. Механизм. Для обеспечения хорошей подачи бетона насосом смесь должна отвечать двум требованиям: а) достаточное содержание теста для образования коль­цевой пленки жидкого раство­ра на стенке трубы, действую­щей как скользкая поверх­ность; б) соответствующая пластичность жидкого раствора и межпоровой структуры для создания достаточного сопро­тивления вынужденному водо - отделению из цементного теста для предотвращения обезвожи­вания теста под давлением на­соса.

Добавки классов А, В и С действуют путем повышения вязкости цементного теста. Ма­териалы классов D и Е влияют на структуру пустот, выступая в качестве заполнителей пор, хотя увеличенное содержание мелких частиц часто усили­вает смазывающее свойство смеси.

9.6.4.2. Удобоукладывае - мость. Поскольку рассматри­ваемые добавки в основном используются для тощих и жестких (с низким содержани­ем цемента) смесей, они обычно улучшают удобоукладывае- мость. Этот. эффект, однако, в значительной степени зави­сит от состава бетона. Исполь­зование этих добавок в боль­шем, чем оптимальное, коли­честве может привести к зна­чительному сгущению смеси и высокой водопотребности при среднем содержании цемента в смесях, а поэтому ухудшит удобоукладываемость.

Влияние добавок тонких не­органических порошков на удобоукладываемость зависит от дозировки и состава смеси. Применение больших дозировок при низком содержании цемен­та в смесях значительно улуч­шает удобоукладываемость смесей.

9.6.4.3. Характеристики схватывания. Эфиры целлюло­зы, крахмал и оксид полиэти­лена являются потенциальными замедлителями. При высоких водоцементных отношениях смесей, используемых при пере­качке, сроки схватывания удли­няются даже при применении рекомендованных дозировок.

9.6.4.4. Водоотделение и осадка. Большинство добавок уменьшают и степень, и объем водоотделения, при этом эффект возрастает при увеличении ко­личества добавки. Использова­ние более высоких, чем задан­ное, количеств добавок поли­электролитов и эмульсий пара­финов может приводить к зна­чительно более высокому водо - отделению, что вызовет обрат­ное желаемому действие. Та­ким же образом некоторые полиэлектролиты и парафино­вые эмульсии, приводя к умень­шению объема водоотделения, могут увеличить начальную скорость водоотделения [49, 64]. Материалы с высокой удельной поверхностью — зола-унос и белая сажа — по­вышают водоудерживающую способность смеси.

9.6.4.5. Содержание воздуха. Добавки типа классов А, В и С имеют отчетливо выраженные свойства поверхностно-актив- ных веществ, которые умень­шают поверхностное натяжение водной фазы смеси. Соответ­ственно использование дозиро­вок выше оптимальных при­водит к неоправданному содер­жанию вовлеченного воздуха.

9.6.5. Затвердевший бетон и раствор. 9.6.5.1. Прочность при сжатии. Небольшое снижение прочности, в частности в ран­нем возрасте, связано со сред­ним содержанием цемента в смеси. Степень уменьшения прочности зависит от дозиров­ки добавки, процента вовлечен­ного воздуха, осадки конуса или пластичности и степени замедления схватывания. Вы­сокое содержание инертных тонкоизмельченных добавок классов D и Е увеличивает водопотребность и соответст­венно дает более слабую мат­рицу. Смеси с низким содер­жанием цемента обычно улуч­шаются в результате исполь­зования этих добавок благода­ря лучшей удобоукладываемос - ти, что позволяет применять более низкие водоцементные отношения при одновременном увеличении прочности.

9.6.5.2. Усадка. Добавки, ко­торые обусловливают использо­вание повышенного содержания воды в смеси, приводят к уве­личению усадки при высыхании.

9.6.6. Факторы, влияющие на эксплуатационные характе­ристики добавок, улучшающих перекачку бетона. 9.6.6.1 Со­держание цемента. При среднем или высоком содержании це­мента в бетоне использование добавок мало способствует об­легчению его подачи. Часто вы - сокотиксотропные смеси полу­чаются даже при минимальных рекомендованных дозировках. Поэтому важно, чтобы были подобраны необходимые дози­ровки для специфичных соста­вов смесей при использовании их в производстве.

9.6.6.2. Температура. Бетон при движении по трубопроводу разогревается от создаваемого им трения. При увеличении температуры окружающей сре­ды этот эффект усиливается. В таких условиях может ока­заться необходимым примене­ние замедлителя совместно с загустителем.

9.6.6.3. Характеристики мел­ких заполнителей. Использова­ние добавок, облегчающих по­дачу бетона в смесях с высоким процентным содержанием мел­кого песка (модуль крупности меньше 2,6), приводит к ухудшению перекачиваемости из-за высоких показателей сцепляемости и трения в трубо­проводе.

9.6.6.4. Совместимость с дру­гими добавками. Поскольку большинство материалов клас­сов А, В и С обладает отчетливо выраженными поверхностно-ак­тивными свойствами, при их использовании вместе' с други­ми добавками, например водо - понижающими, нужно прове­рить, не оказывают ли они побочное действие на пластич­ный и затвердевший бетон.

9.6.7. Применение. Для пере­качки бетонных смесей низкой прочности (содержание цемен­та менее 150 кг/м3) добавка используется как наполнитель бетона. Такие смеси обычно содержат мало мелких частиц, и затруднения при перекачке возникают из-за сегрегации, которая происходит, когда жид­кий раствор очень быстро про­текает через каналы пустот.

Эти добавки увеличивают вязкость воды, что позволяет получить тесто с хорошей сцепляемостью и пониженным водоотделением. Давление, развиваемое насосом, затем пе­редается всем составляющим смеси.

Эти материалы также ис­пользуются в сочетании с водо - понижающими добавками в тампонажных цементирующих растворах для уменьшения тре­ния в трубопроводе и быстрой потери воды. Кроме того, их применяют для подливки рас­твором предварительно напря­женных трубопроводов и для последующего напряжения.

Смеси с низким содержани­ем цемента (меньше 200 кг/м3) и отношением цемент: заполни­тель от 1 : 7 до 1 : 10, обычно не используемые для конструк­ций, будут иметь улучшенные свойства при применении до­бавок классов А, В и С. Для смесей с отношением цемент : заполнители больше, чем 1 : 10, добавки классов D и Е непри­годны [49].

9.6.8. Стандарты и техни­ческие нормы. В странах Север­ной Америки и Европы отсут­ствуют стандарты и техничес­кие условия, регулирующие ис­пользование рассматриваемых добавок. Ассоциация стандар­тизации Австралии опублико­вала документ [61], в котором содержится информация о свой­ствах и методах использования этих добавок.

Методы испытаний или оборудование длд лабораторно­го определения перекачивае­мости бетона не разработаны. Поэтому ее характеристики по­лучают косвенно путем опре­деления других свойств бетона, которые связаны с ней оп­ределенными соотношениями. Отсюда косвенные указания на эффективность добавки могут быть получены из значений этих свойств. Для определения таких свойств используются следующие методы испытаний.

Испытание на водоотделе­ние — метод испытаний ASTM-

С-243 для определения водоот­деления цементного теста из растворов, а также модифика­ция этого метода для испыта­ния бетонных смесей [65] используются для получения данных об объеме и скорости водоотделения бетона. Эти ис­пытания позволяют получить данные относительно разделе­ния смеси.

Методы испытания для оп­ределения потери воды под дав­лением. Для определения водо - удерживания в бетоне и раст­воре, укладываемых с по­мощью добавок, облегчающих их перекачку, используются следующие методы:

Испытание Американского нефтяного института по опре­делению потери текучести в тампонажных цементах [66];

Испытания путем продавли - вания через пучки проволоки [67].

В обоих методах приме­няются фильтр-прессы для измерения объема воды, кото­рый отделяется в растворе под давлением.

Испытание на перекачивае - мость (испытание на водоот­деление под давлением) [68]. В этом методе бетон подвер­гается действию давления 3,5 МПа. Разница в объеме отделяемой воды, которая про­сачивается в течение двух интервалов времени, соответст­вует способности к перекачке бетона при данной осадке кону­са. При построении графика на основе значений, полученных по разности объемов отделяе­мой воды в указанные два ин­тервала времени при различных осадках конуса, получается ли­ния, отделяющая перекачивае­мые смеси от тех, которые нельзя перекачивать.

Модель технологической схемы перекачки бетона [69]. Этот метод испытаний применя­ется для определения влияния размера пустот в заполнителях, объема пустот и эффективности добавок для бетона с низкой степенью перекачиваемости. Для определения вторичных эф­фектов действия добавок на та­кие свойства, как прочность, время схватывания и процент вовлеченного воздуха, применя­ется стандарт ASTM-C-494.

Результаты этих испытаний позволяют получить данные для подбора состава смеси. Од­нако для подтверждения этих результатов нужно провести полномасштабные испытания при разнообразных условиях эксплуатации и действительных рабочих характеристиках. При этом необходимо учитывать дозирование смесей, перемеши­вание в автобетоновозах, тип насосов и рабочих циклов, высоту и расстояние для пода­чи бетона рукавами. Такие испытания позволяют устано­вить правильную дозировку добавки.

Для облегчения перекачки бетона с низким содержанием цемента можно успешно при­менять флокулирующие добав­ки (см. далее табл. 9.7).