Добавки в бетон Справочное пособие
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА
4.4.1. Основные направления использования суперпластификаторов в бетоне. Возможны три пути использования супер - пластификаторов в бетонах.
1. Для приготовления бетона с очень низким водоце - ментным отношением и высокопрочного. В этом случае с помощью добавок существенно, до 30%, снижают водоцемент - ное отношение при сохранении такого же, что и без добавки, расхода цемента. Должная удо - бообрабатываемость смеси обеспечивается введением су
перпластификаторов: при этом В/Ц может быть снижено до 0,28. Это направление наиболее распространено в Японии.
2. Для приготовления бетона с пониженным расходом цемента при неизменном (по сравнению с составами без добавок) водоцементном отношении. Это направление характерно для США; оно обеспечивает, за счет экономии цемента снижение энергозатрат на приготовление бетона.
3. Для приготовления литого бетона. Суперпластификаторы обеспечивают при этом получение саморастекающихся, самонивелирующихся бетонных смесей. В подобных случаях не предпринимают ничего для уменьшения В/Ц или расхода цемента. Как уже отмечалось, задача состоит в том, чтобы исключить расслоение смеси. Такие смеси удобны при укладке в густоармированные железобетонные конструкции.
4.4.2. Прочностные свойства. Прочность при сжатии литого бетона с суперпластификаторами к 28 сут равна или больше, чем контрольного бетона без добавки (по данным испытания образцов-цилиндров). Это справедливо для бетонов, не требующих уплотнения путем вибрации, что позволяет экономить время и средства [33]. Однако, несмотря на отмеченное, часто необходимо применять вибрирование смеси при укладке, чтобы обеспечить ее хорошее сцепление с арматурой.
Как уже отмечалось, суперпластификаторы позволяют снизить водопотребность до 30% (см. рис. 4.23) [45]. Соответственно значительно возрастают прочность при сжатии и растяжении, в том числе ранняя прочность, а также модуль упругости бетона, что особенно существенно для промышленности сборного железобетона, когда важно повысить оборачиваемость форм. На рис. 4.24 и в табл. 4.4 показано, какой эффект получают при использовании суперпластификатора (меламинформаль - дегидного типа) как при изготовлении литого бетона, так и в качестве водопонизителя при введении этой добавки в бетонные смеси на цементах трех типов [45, 47].
4.4.3. Усадка и ползучесть. Усадка бетона с суперпластификаторами такая же или меньше, чем бетона без добавки, хотя наблюдаются и исключения из этой закономерности. В целом усадка бетонных призм с суперпластификаторами заметно меньше усадки бетона, требуемой по стандарту ASTM С494 [48]. Значение усадки литого бетона сопоставимо с усадкой традиционного бетона (см. рис. 4.25). Данные о соотношении между изменением влажности и усадочными деформациями бетона с суперпластификаторами на цементах разных типов представлены на рис. 4.26 [47] добавки вводили с целью понижения водопотребности). Как видно, при одном и том же значении снижения влажности суперпластификаторы приводят к большей усадке бетона, что можно объяснить их диспергирующим действием
123456789 Добавка,% массы цемента |
Рис. 4.23. Снижение водопотребности в зависимости от дозировки суперпластификатора [45]
Рис. 4.24. Нарастание прочности при сжатии «литого бетона» на высокопрочном цементе по сравнению с прочностью бетона на обычном цементе с расходом 400 кг/м3 и осадкой конуса смеси от 25 до 100 мм без добавки и с добавкой СМФ (на рисунке даны дозы СМФ, %) [45]
Йсж, МПа
І 5% I |
28 сут ) | 7 сут □ 1 сут |
Z.5'/. |
52,5 |
07. і 44,0 42,5 |
29,5 |
26,0 |
170 |
16,5 |
В/Ц = 0,37 |
В/Ц= 0,47 |
В/Ц= 0,38 |
В/Ц = 0,42
Типі |
10 20 ЗО Потери Влаги, % |
Рис. 4.25. Усадочные деформации бетона в призмах (белые столбики) и в стене (черные столбики) для бетона из смеси традиционной консистенции (/) и из литой бетонной смеси (//). Условия испытаний — 91 сут при температуре 20,8 °С и относительной влажности 67,4 %
На цемент и на гидратные новообразования.
Опубликовано несколько результатов исследований ползучести бетонов с суперпластификаторами. Однако различия во влажности, в составе бетонов и величине нагружения делают затруднительным прямое сравнение. В целом можно сделать общий вывод (табл. 4.5), что суперпластификаторы практически не влияют на ползучесть бетона, однако наблюдаются и отклонения от этой закономерности [47].
4.4.4. Высокопрочный облегченный бетон. С помощью суперпластификаторов удается получить облегченный бетон прочностью через 1 и 3 сут., равной соответственно 30 и 40 МПа [50]. Проведено исследование с крупными фракциями легкого заполнителя, дробленного до размера 19 мм; заполнитель получен путем вспучивания глины во вращающейся
Тип Ж 10 20 30 40 Потери влаги, % |
Типі 10 20 30 40 Потери влаги, % Рис. 4.26. Зависимость усадки от потери влаги бетоном при использовании цементов типа I. II и V без добавок (У) и с добавками СМФ (2), СНФ (3) и МЛС (4) |47) |
Печи. Насыпная масса 740 кг/м3, плотность заполнителя 1,6.
Плотность тонкой фракции песка 2,7, плотность бетона от 1835 до 1961 кг/м3. В табл. 4.6 представлены механические характеристики бетона с супер-
Таблица 4.5. ползучесть бетона БЕЗ добавки и с добавками суперпластификаторов-водопонизителей |47|
|
* Общие деформации ползучести (перед чертой) определены путем вычитания деформаций усадки а также vnnvrwx пеАпп мации образцов-цилиндров размером 150X300 мм при той же нагрузке. За чертоДказан возраст УразцоГв^уТах Ф Р"
Таблица 4 6 ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЖАТИИ И ИЗГИБЕ ОБЛЕГЧЕННЫХ БЕТОНОВ С ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОМ (50)
|
Пластификаторами и воздухо- вовлекающими добавками при различном расходе цемента [50].
4.4.5, Влияние повторного введения суперпластификаторов. В связи с необходимостью сохранения в течение нескольких часов подвижности бетонной смеси проведены исследования, показавшие, что эту задачу удается решить путем повторного введения такого же количества суперпластификатора, какое вводили с водой затворения. Сказанное подтверждает рис. 4.27 [43]. Прочность бетона возросла в той мере, в какой уменьшилось возду - хововлечение. Подобная задача особенно актуальна для работ в районах с жарким климатом, когда снижение осадки конуса смеси может произойти во время ее транспортирования.
4.4.6. Введение суперпластификаторов в бетоны с золой - уносом. Выполненные исследования отвечали на следующие основные вопросы: а) можно ли при введении суперпластификатора получить бетоны с высокой прочностью, заменяя значительную часть цемента золой - уносом; б) можно ли рассчитывать на повышение прочности такого бетона при уменьшении содержания воды на 20%. При этом снижение подвижности смеси должно быть компенсировано путем введения суперпластификатора [51].
42 28 14 |
Рис. 4.27. Влияние повторного введения СНФ на прочность бетона при сжатии (о), содержание воздуха (б) и усадочные деформации бетона (в) (5///=0,42, цемент типа 1, максимальный размер крупного заполнителя 19 мм, песок—натуральный, воздухо - вовлекающий агент — сульфированный углеводород) |43] |
Для исследований выбраны составы, в которых отношение вода: (цемент-(-зола уноса)= = 0,28, отношение цемент:зола (кг на 1 м3) составляло 390: :230, суперпластификатор вве-
Ден в большей, чем обычно, дозировке. Как видно из табл. 4.7 и рис. 4.28, в 28-суточном возрасте образцы-цилиндры размером 152X305 мм имели прочность при сжатии от 51 до 53,8 МПа, прочность при изгибе 8 МПа. Близкие значения получены и в другой работе [52].
Таблица 4.8. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ УПРУГОСТИ И ФАКТОР ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОНА ПОСЛЕ 300 ЦИКЛОВ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ (601
Суперпластификатор меламинформальдегидного типа
Суперпластификатор нафталинформальдегидного типа**
|
* Образцы-призмы полностью разрушились. ** Содержание добавки 0,75 % массы цемента. |
Известно, что для придания бетону высокой морозостойкости (стойкость к воздействию попеременного замораживания и оттаивания) в него вводят воздухововлекающие добавки, обеспечивающие определенное распределение пузырьков газовой фазы по размерам и «фактор расстояния» между ними, который не должен превышать 200 мкм. Исследования, проведенные в США и Японии [33, 46—48, 53—60], показали, что в присутствии суперпластификаторов, особенно нафталин - и меламинформальдегидного типов, значение фактора расстояния, как правило, оказыва
ется превышенным. Несмотря на это, морозостойкость бетона с указанными добавками, определенная согласно стандарту С 666 по методу А (замораживание и оттаивание в воде) и В (замораживание на воздухе, оттаивание в воде), не ухудшилась (некоторые данные, подтверждающие сказанное, приведены в табл. 4.8— 4.10). Имеется небольшое число противоположных результатов, оставшихся без объяснения [47, 54]. Представляется, что для бетона с суперпластификаторами фактор расстояния между пузырьками может и не играть той роли, которая ему отведена при введении воздухо - вовлекающих добавок (см. гл. 5).
Влияние дозировки суперпластификатора на фактор расстояния (L) видно из данных рис. 4.29, построенного для р-нафталинсульфокислогы (Р-НСФ)—продукта ее конденсации с формальдегидом. Эксперименты проведены с составами при В/Ц =0,52, расходом цемента 300 кг на 1 м3 и воздухововлечением 4 ±0,5% [59], 4,9±0,1% [33] и_ 3% [о9]. Как видно, фактор L возрастает с повышением содержания добавки, достигая максимума при ее концентрации от 0,4 до 0,5% массы цемента, а затем снижается. Следова-
Таблица 4.9. СОДЕРЖАНИЕ ВОЗДУШНОЙ ФАЗЫ В ЗАТВЕРДЕВШЕМ БЕТОНЕ |60|
|
Суперпластификатор меламин. |
Формальд |
Егидного : |
•una |
|
0,65 |
Без добавки |
3,1 |
24,7 |
2,8 |
0,7 |
То же |
2,8 |
23,9 |
4,1 |
0,7 |
Воздухововлекающая добавка |
6,5 |
20,7 |
6,8 |
0,7 |
То же-(-суперпластификатор |
8,2 |
20,7 |
8,1 2,9 |
0,5 |
Без добавок |
2,2 |
26,9 |
|
0,5 |
Воздухововлекающая добавка |
6,5 |
23,2 |
6,3 |
0,5 |
То же-(-суперпластификатор |
7,8 |
22,6 |
8,3 |
0,35 |
Без добавок |
2,2 |
33,5 |
1,9 |
0,35 |
Воздухововлекающая добавка |
5,5 |
29,8 |
6,3 |
0,35 |
То же-(-суперпластификатор |
4,9 |
29 |
5,9 |
Суперпластификатор нафталинформальдегидпого типа (0,75 % массы цемента)* |
0,7 |
Без добавок |
2,4 |
24,6 |
2,4 |
0,62 |
0,7 |
Воздухововлекающая добавка |
6,2 |
21,2 |
9 |
0,226 |
0,7 |
То же-(-суперпластификатор |
6,7 |
20,9 |
9,4 |
0,259 |
0,5 |
Без добавок |
2,2 |
27 |
2 |
0,591 |
0,5 |
Воздухововлекающая добавка |
6,8 |
23,2 |
7,7 |
0,129 |
0,5 |
То же-(-суперпластификатор |
6,5 |
23,2 |
7,1 |
0,178 |
0,35 |
Без добавок |
2 |
34,1 |
1,4 |
0,732 |
0,35 |
Воздухововлекающая добавка |
5,7 |
31,2 |
6 |
0,139 |
0,35 |
То же-(-суперпластификатор |
5 |
30,7 |
4,8 |
0,228 |
* Гидротехнический бетон (оз. Онтарио). |
Доза СНФ, % массы цемента Рис. 4.29. Влияние дозировки СНФ на фактор расстояния L по данным различных авторов |59] / — КАО SOAP; 2 — Мальхотра; 3 — Гото, Миу - ра и Сузуки |
Тельно, правильная дозировка суперпластификатора может играть существенную роль в достижении нужного значения фактора расстояния.
Сульфатостойкость бетона с суперпластификаторами близка этому свойству бетона без добавок. Об этом свидетельствуют результаты исследований [62] и [61], представленные на рис. 4.30 и 4.31. Испытания бетона с суперпластификатором нафталинформальдегидного типа проводили в растворе сульфата магния (кон-
Таблица 4.10. ДЕЙСТВИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА МЕЛАМИНФОРМАЛЬДЕГИДНОГО ТИПА НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА С ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ |55|
Содержание суперпластификатора в расчете на 100 кг |
Воздухово - влекающая добавка, мл |
Расход, ь |
Г на 1 м3 |
Вовлеченный воздух, % |
Осадка конуса, мм |
Цемента1 |
Воды |
||||
Серия А 4,564 мл 0,667 кг |
60,6 57,4 |
308 309 |
118 138 |
5,5 5,4 |
64 57 |
Серия В 4,564 мл 0,667 кг |
75 69,1 |
306 306 |
121 148 |
8,1 7,7 |
118 197 |
' Цемент типа I классификации ASTM С 666. |
Таблица 4.10а. СИСТЕМА ВОЗДУШНЫХ ПОР (МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДА ASTM С 457)
|
*Фактор долговечности определяют по методике ASTM С 666. |
Центрация в пересчете на S03 составляла 3%). Критериями служили изменения массы об - разцов-призм размером 100Х X 100X500 мм, их длины и динамического модуля упругости.
Бетоны с суперпластификаторами имеют удовлетворительную стойкость к шелушению в присутствии солей. В работе [56] получено ограниченное число данных, касающихся поведения бетона в 3%-ном растворе NaCl после 50 циклов замораживания и оттаивания.
—I---------- 1----- 1-' Вода |
—г--- Г' ' ' 1 Сульфат |
Контроль о____________ о |
А__ Ф |
Бетой с а—□ |
■—■ |
'добавками |
|
/ / |
|
O^r—° |
|
ЛJjT^a і |
І і і |
О 7 28 56 112 168 t, cym |
З 36 |
Рис. 4.30. Влияние суперпластификатора на водостойкость и сульфатостойкость высокопрочного (о) и малопрочного (б) бетона, определенное по данным о потере массы |61] |
Рис. 4.32. Потери массы бетона в результате высолообразования при циклическом замораживании — оттаивании образцов при расходе цемента 311 (о), 363 (б) и 415 (в) кг/м3 [56]
/ — эталон; 2 — первая смесь; 3 — вторая смесь
После каждых пяти циклов раствор соли и поврежденный бетон отделяли от образцов и помещали в контейнер и затем после оттаивания фильтровали. Остаток на фильтре сушили при 105 °С до постоянной массы.
6) о 7 28 56 112 168 336 AEd% |
A is я. |
1,0 |
Рис. 4.31. Влияние суперпластификатора на водостойкость и сульфатостойкость высокопрочного (о) и малопрочного (б) бетона, определенное по данным об изменении динамического модуля упругости —ДEd (обозначения те же, что и на рис. 4.30) |61] |
28 56 112 168 t, сут |
10 20 30 40 50 N |
Изменение массы в зависимости от числа циклов замораживания и оттаивания (рис. 4.32) свидетельствует о том, что бетон с суперпластификатором меламинформальдегидного типа не менее стоек, чем бетон
Без добавки. Потеря массы 1 м2 составила 0,5 кг против 0,8 кг — предельно допустимого значения для подобных испытаний [56].
4.4.8. Коррозия арматуры. В исследовании [40] показано, что введение в бетон суперпластификатора нафталинфор - мальдегидного типа не вызывает никаких опасений в отношении арматуры. Использованы железобетонные сваи внешним диаметром 300, толщиной 70 и длиной 2300 мм. Наряду с суперпластификатором изучали добавки лигносульфоната и хлорида кальция. Сваи изготовляли методом центрифугирования и прессования.
Для ускорения твердения бетона использовали паропро - грев. Готовые плиты погружали в воду на один год, а затем хранили в течение четырех лет в атмосферных условиях. После испытаний арматурные стержни извлекали и определяли площадь их коррозионного поражения (табл. 4.11).
Добавка |
Коррозия, % |
Без добавки Суперпластификатор Лигносульфонат СаСЬ СаСЬ СаСЬ СаСЬ СаСЬ |
0,25 С ле ды 0,1 0,3 0,6 11,7 196 75 |
Таблица 4.11 КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ ПОСЛЕ ХРАНЕНИЯ БЕТОННЫХ СВАЙ В ТЕЧЕНИЕ ПЯТИ ЛЕТ {40]
Содержание добав ки, % массы цемента
0,25 0,05 0,5 1 2 4
Как видно, коррозия арматуры в присутствии суперпластификатора незначительна (следы), тогда как присутствие хлорида кальция вызывает значительные коррозионные поражения.
4.4.9. Влияние суперпластификаторов на прочность сцепления бетона с арматурой. По данным работы [62], введение суперпластификатора улучшает адгезию цементного камня к арматуре как в тяжелом, так и в легком бетоне (табл. 4.12). Например, в первом случае сцепление гладкой арматуры с бетоном возросло в присутствии суперпластификатора к 7 сут с 1,2 до 3,5 МПа, а периодического профиля— с 15 до 27,5 МПа. Аналогичные результаты получены и для легкого бетона.
4.4.10. Применение суперпластификаторов в предварительно напряженном и сборном железобетоне для архитектурных целей. Суперпластификаторы применяют во все возрастающих масштабах для следующих целей: а) получение бетона прочностью при сжатии около 40 МПа в возрасте от 8 до 18 ч; б) экономия топлива при использовании в сборном железобетоне; в) снижение расхода цемента; г) снижение расхода энергии для вибраций и уменьшения уровня шума.
На рис. 4.33 и 4.34 видна эффективность применения суперпластификаторов для повышения ранней прочности бетона [63, 64].
В работе [63] показано, что использование суперпластификаторов позволяет существенно уменьшить расход энергии бла-
Rex, мпа |
Ясж, мпа
1 1 28 |
А |
Гн^-^ у |
/ - |
У/ |
|
І і |
20 |
О 1 2 3 Доза СМФ, % массы цемента |
20 40 ВО Рис. 4.33. Влияние температуры хранения бетона с суперпластификаторами на его прочность в возрасте 18 ч (расход цемента типа III — 415 кг/м3; осадка конуса смеси — 50 мм [63]) / — эталон; 2 — 1,2 % СНФ; 3 — добавка СНФ, ],9 % модифицированная; 4— 3 % СМФ; 5 — 1,8 % СНФ |
So |
40 |
Зо |
10 |
Температура хранения,°С |
Рис. 4.34. Зависимость прочности бетона при сжатии от дозы СМФ для бетона различного возраста (64]
Таблица 4 12 ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ БЕТОНА С АРМАТУРОЙ |62|
|
Примечание. Плотность легкого бетона 1,8 кг/м3. |
Годаря снижению температуры пропаривания и (или) времени прогрева изделий, что весьма актуально для современной строительной индустрии.
Данные рис. 4.33 иллюстрируют эффективность использования суперпластификаторов разного состава при температуре бетона от 20 до 60 °С (по оси ординат отложена прочность бетона при сжатии через 18 ч). В качестве контрольного принят бетон с добавкой обычного водопонизителя.
Опубликованы нормативные
Материалы применительно к смесям для омоноличивания и равномерного окрашивания поверхности архитектурных преднапряженных и сборных конструкций с использованием суперпластификаторов.
Правила для омоноличивания смеси:
1. Для смесей заполнителей максимальных размеров следует использовать вибраторы, работающие по принципу передачи динамических усилий с ускорением менее 100 g (9800 мм/с2); они высокоэффективны для бетонных смесей и с малой, и с большой осадкой конуса.
2. Применение суперпластификатора, введенного в достаточном количестве, позволяет снизить содержание воды в смеси и повысить прочность.
3. При использовании литой бетонной смеси можно уменьшить требования к ее уплотнению.
Правила, обеспечивающие гомогенизацию окраски поверхности бетона:
1. Добавки вводят в оптимальной дозировке, обеспечивающей требуемые сроки схватывания цемента и прочность бетона.
2. Суперпластификаторы нафталинформальдегидного типа могут слегка изменить белый или другие светлые цвета бетона.
3. Снижение водоцементного отношения, достигнутое благодаря применению суперпластификаторов, по-видимому, не приводит к обесцвечиванию бетона или к появлению темных пятен.
4. При образовании большого числа раковин на поверхности бетона необходимо уменьшить содержание суперпластификатора.
Первый ответственный комплекс, построенный в Северной Америке из сборных конструкций с применением суперпластификаторов,—Олимпийский стадион в Монреале [66]. Оригинальные конструкции стадиона к 28 сут набрали прочность при сжатии 42 МПа (при прочности после распалубки преднапряженного железобетона не ниже 21 МПа). Свежая бетонная смесь имела осадку конуса 150 мм. Эти характеристики обеспечены благодаря использованию суперпластификатора. Ниже приведен расход материалов (кг) в расчете на 1 м3 бетона плотностью 2497 кг/м3;
Цемент типа 30 (по ASTM, тип III) 353 песок (модуль крупности 2,6) 566 дробленый известняк (фракция от 9,5 до 16 мм) . 852
Вода...................... 127
Суперпластификатор типа СМФ (раствор 20 %-ной концентрации і 10
4.4.11. Безусадочный бетон.
В США используют расширяющийся цемент, в Италии и Японии для снятия усадки в бетонную смесь на стадии ее приготовления вводят расширяющиеся компоненты в виде добавок. Обычно используют два типа расширяющих добавок: на основе сульфоалюмината или алюмината кальция и на основе извести[11].
Применение суперпластификаторов, снижающих водоце - ментное отношение и повышающих раннюю прочность бетона при сжатии, способствует компенсации усадочных деформаций и позволяет уменьшить расход расширяющих добавок [67].
Ниже приведены характеристики безусадочных (А) и безусадочных, пластифицированных суперпластификаторами (В и С) бетонов:
Показатель |
А |
В |
С |
Осадка кону |
|||
Са, мм: |
|||
После сме |
|||
Шения. . |
150 |
150 |
150 |
Через 1 ч |
100 |
50 |
120 |
Расход на 1 м3, кг: |
|||
Цемента ти |
|||
Па I.. . |
333 |
339 |
338 |
Воды. . . |
200 |
153 |
152 |
Содержание до |
|||
Бавки, % массы |
|||
Цемента: |
|||
Суперпластн- |
1,2* |
1** |
|
Фнкатора |
— |
||
Расширяю |
|||
Щего компо |
|||
Нента. . . |
23 |
8 |
10 |
Отношение запол |
|||
Нителя к цементу |
5,2 |
5,6 |
5,6 |
Прочность прн |
|||
Сжатии, МПа, че |
|||
Рез сут: |
|||
1 . . . . |
6 |
10 |
8 |
28 ... . |
31 |
47 |
48 |
Усадка через 2 го |
|||
Да, Х10-6 . . |
790 |
460 |
450 |
Уменьшение рас |
|||
Ширения по |
|||
ASTMXIO"6 |
840 |
480 |
470 |
♦Ускоритель схватывания цемента. **3амедлнтель схватывания цемента. |
Исследовании [34] бетонные смеси с суперпластификатором прокачивали в полевых условиях; в одной серии прокачивали 200 м3 обычной и легкобетонной смеси разных составов (с суперпластификаторами и без них) по горизонтальным трубам 0 125 мм на расстояние 109 м. Содержание добавки типа СНФ изменяли от 0,4 до 0,7% массы цемента. Сразу после введения суперпластификатора включали лопастную мешалку. Она в течение 1 мин перемешивала смесь, которую перекачивали затем при расходе 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м3/ч. Одновременно измеряли давление смеси для каждого из перечисленных условий. Определены также осадка конуса, содержание воздуха и другие свойства бетонной смеси и бетона всех составов. Эти испытания показали, что давление, требуемое для прокачивания обычной бетонной смеси с суперпластификатором, на 30%, а легкобетонной смеси на 10% меньше, чем для смеси без добавок (рис. 4.35 и 4.36).
4.4.13. Характеристика ста - лефибробетона. В исследовании [68] приведены характеристики сталефибробетона (из углеродистой стали); волокна (длина 55 мм, диаметр 0,5 мм) предварительно склеивали в пачки водорастворимым клеем. Расход арматуры варьировали от 32,62 до 50,41 кг на 1 м3. Испытания показали, что применение суперпластификаторов поможет преодолеть трудности, связанные с ухудшением удо-
4} 240 220 200 780 160 m 120 100 SO 60 |
I I |
Ж |
Рис. 4.35. Осадка конуса бетонной смеси для обычного тяжелого бетона (а) и для легкого бетона (б). Белые точки — обычный бетон; черные точки — смесь с супер- пластифнкатором [34|
-состав с суперпластификатором до перекачивания; ПІ — то же, после пере- |
/ — обычный состав; // качивания |
О 110 о 180 ■ 140/110) У 2001120) А 200 Ц50) |
О 20 40 ВО 80 100 120 Расстояние от бетононасоса, м |
Л 150 о 180 А 230(150) • 230(180) |
О 20 40 ВО 80 100 120 Расстояние от бетононасоса, м |
Рис. 4.36. Давление бетонной смеси в зависимости от расстояния от бетононасоса для тяжелого бетона (о) н легкого бетона (б). Белые точки — обычный бетон; черные точкн — смесь с суперпластификатором. На рисунке даны значения осадки конуса, мм. В скобках указаны исходные значения О К [34]
Боукладываемости бетонной смеси. Однако при этом следует несколько повысить дозировку суперпластификатора.
На рис. 4.37 и 4.38 представлены данные, характеризующие свойства сталефибро - бетона с суперпластификаторами [68].
4.4.14. Роль суперпластификаторов в бетоне с «белой сажей»—активным дисперсным кремнеземом. Высокодисперсный кремнезем, обладающий
50 100 750 200 250 Осадка, мм Рис. 4.37. Взаимосвязь между осадкой конуса и текучестью бетонной смеси [68] /—обычная бетонная смесь с суперпластификатором; 2— смесь с суперпластификатором, армированная фиброй |
Прогиб, мм
Рис. 4.38. Зависимость прогиба от нагружения бетона при расходе фибры 32,62 кг/м3 н содержании воздуха 5,7% (/], 44,48 кг/м и 4,5% [2] и 56,34 кг/м3 и 4,6% [3]. Во всех сериях опытов В/Ц=0,36, расход цемента 362,5 кг/м3, доза суперпластификато - ра 1 %
Гидравлической активностью, получают в электропечах как попутный продукт металлургического производства. Его улавливают на фильтрах в виде сферических частиц максимальным диаметром 0,1 мкм. Частицы состоят из диоксида кальция большой степени аморфи - зации. Высокая дисперсность (удельная поверхность активного кремнезема около 20 ООО м2/кг) повышает водопотреб - ность тем больше, чем больше его содержание [69]. Так (рис. 4.39) замена 30% цемента с водоцементным отношением 0,64 активным кремнеземом на 30% повышает водопотреб - ность смеси. Применение суперпластификаторов облегчает решение проблемы снижения водопотребности бетонов (рис. 4.40 и 4.41). Представляется, что суперпластификаторы более эффективны при их введении в составы с активным кремнеземом при повышенном водоцементном отношении.
4.4.15. Применение суперпластификаторов в особовысо - копрочных бетонах. Использование суперпластификаторов позволяет получить особопроч - ные бетоны. В работе [70] рассказано о получении бетона прочностью через 100 сут порядка 150 МПа при введении от 1 до 4% суперпластификатора в цементные материалы с активным кремнеземом (рис. 4.42). Состав особовысокопроч - ного бетона с суперпластификатором приведен ниже (кг на 1 м3):
Высокодисперсный активный кремнезем... .133 портландцемент.... 400 кварцевый песок фракции, мм:
TOC o "1-3" h z 0,25—1.................................... 141
1 —4....................................... 566
Дробленый гранит, фракция 8—16 мм.... 1153 суперпластификатор типа
СНФ...................................... 13,5
Вода....................................... 100
Примечание. Жесткость смеси 10— 20 с при вибрации с частотой 50 Гц.
Применение прочных заполнителей обеспечило более высо-
7 28 91 Рис. 4.41. Зависимость прочности при сжатии тощего бетона с суперпластификатором от содержания дисперсного кремнезема, % (расход цемента 175 кг/м3) [69] |
Рис. 4.39. Зависимость водопотребности бетонной смеси от содержания дисперсного активного кремнезема (отношение ВЩ-^г песок к контрольной смеси равно 0,64; суперпластификатор не использовался) [69] |
§ О 5 10 15 20 25 ЗО 6 <§ Замещение цемента кремнеземом,% |
Возраст, сут |
Rex, мпа
Г " 1-------------- - - ■ |
Г....... -+30% - |
.5% |
|
Щ4Р% |
|
- |
|
1 1 |
20% І |
28 Возраст, сут |
60 so 40 Зо 20 ю |
Мпа |
Тд*г> |
10 юо юоо Возраст, сут |
Рис. 4.42. Кинетика роста прочности при сжатии высокопрочного бетона; водное хранение при температуре 20 °С [70] |
Рис. 4.40, Зависимость прочности при сжатии бетона с суперпластификатором от содержания дисперсного активного кремнезема, % (отношение В/Я+песок=0,4) [69]
Кую прочность бетона [70]. Как видно из табл. 4.13, прочность раствора и бетона может быть в 3—5 раз выше, чем у традиционных составов. 4.4.16. Бетон из высокоглиноземистого цемента. Хорошо известно, что для получения качественного бетона из цемента его расход должен быть не ниже 400 кг на 1 м3, а водоцементное отношение—не выше 0,4. При невыполнении этих условий бетон при длительном хранении теряет прочность вследствие превращения мета - стабильного СаО-А12Оз-10Н20
в более устойчивый ЗСаО - • АЬОз-бНгО. С другой стороны, при В/Ц^. 0,4 бетонная смесь имеет плохую удобоукла - дываемость и укладка ее затруднительна. Можно было бы рассчитывать на то, что применение суперпластификаторов позволит решить эту проблему. Однако, как видно из рис. 4.43, этого не происходит: да: же при введении суперпластификаторов разных типов в больших дозах консистенция бетонной смеси не становится «литой» и ухудшается менее чем через 20 мин. К тому же прочность при сжатии бетона с суперпластификатором через 2 сут заметно ниже, чем бетона без добавки, и только к 180 сут эти показатели становятся соизмеримыми (табл. 4.14). Суперпластификаторы не влияют на степень превращения СаО - •А120з-10Н20 в ЗСаО - •А1203-6Н20.
Таблица 4.13. механические характеристики раствора и бетона (водное хранение в течение 4 сут, температура от 60 до 80 °с) |70] |
Заполнитель бетона, размер зерен, мм |
Плотность, кг/м3 |
Прочность при ежа ти и, МПа |
Скорость ультразвука, м/с |
Модуль упругости, МПа |
Отношение прочности к плотности |
Гранит, 16 |
2500 |
124,6 |
5200 |
68 000 |
49 840 |
Диабаз, 16 |
2666 |
168,1 |
4890 |
65 000 |
63 050 |
Обожженный боксит, 10 |
2878 |
217,5 |
6150 |
109 000 |
75 573 |
Обожженный боксит, 4 |
2857 |
268,3 |
6153 |
108 000' |
93 910 |
Таблица 414 прочность при сжатии бетона на высокоглиноземистом цементе в присутствии суперпластификаторов ]711 |
Суперпластнфикатор |
Содержание, % массы цемента |
Прочность при сжатии. |
МПа, через |
|||
10 ч |
1 сут |
2 сут |
7 сут |
180 сут |
||
Без пластификатора |
_ |
53,6 |
59,1 |
62,1 |
65,8 |
82,1 |
(контроль) |
58,9 |
|||||
Нафталинформальдегид- |
2 |
— |
42,7 |
50,8 |
84,5 |
|
Ный (замедлитель) |
||||||
Нафталинформальдегид- |
4,6 |
— |
33,6 |
43,1 |
53,7 |
72,3 |
Ный (замедлитель), по |
||||||
Вторное введение |
||||||
Лигносульфонат |
3 |
32,6 |
42,9 |
49,9 |
60,1 |
83,7 |
» |
4,1 |
33,3 |
41,6 |
46,7 |
54,8 |
76 |
Мела минформальдегид- |
3 |
40,6 |
44,8 |
54,8 |
58,3 |
83,4 |
Ный |
4.4.17. Бетон на шлакопортландцементе. В исследовании [72] показано, что при замене до 65% портландцемента доменным шлаком для получения одинаковой подвижности смеси можно на 10% снизить расход суперпластификатора. Кроме того, при замене шлаком
25% цемента и при водовяжу - щем отношении от 0,46 до 0,56 прочность при сжатии бетона с суперпластификатором и воздухововлекающей добавкой выше, чем у контрольного бетона, содержащего только воздухововлекающую добавку. При большем содержании шлака прочность сравниваемых бетонов практически одинакова (табл. 4.15).
В противоположность этому при водовяжущем отношении 0,38 прочность при сжатии бетона с воздухововлекающей добавкой и суперпластификатором ниже, чем прочность бетона только с воздухововлекающей добавкой независимо от содержания шлака в шлакопортландцементе. Этому изменению в поведении бетона на шлакопортландцементе объяснения не дано.
Морозостойкость бетона на шлакопортландцементе с воздухововлекающей добавкой и суперпластификатором удовлетворяет требованиям стандарта ASTM С666, методика В (замораживание на воздухе, оттаивание в воде) независимо от водоцементного (с учетом введенного шлака) отношения. Имеются лишь отдельные отклонения от этой зависимости.
4.4.18. Ускоренные прочностные испытания бетона. Введение суперпластификаторов практически не влияет на отношение прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут к прочности, определенной по ускоренной методике [46, 73, 74] (модифицированный метод ASTM С684), методика В (хра - а)
10 20 30 40 іjмин |
QK, MM 180 НО 100 60
20
В)
0К, МИ 100 |
60
20
10 20 30 if MUH
Рис. 4.43. Кинетика потери подвижности высокоалюмииатиого цемента с добавками иа основе ЛС (а), СНФ (б) и СМФ (в). На кривых указаны дозы добавки, % |71 ]
—^ Ю — —__ о^
ИСЖ1мпа 42 35 28 21 П |
Таблица 4.16. ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЖАТИИ БЕТОНА С ДОБАВКОЙ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА И БЕЗ ДОБАВКИ
|
Нение образцов в кипящей воде) . Об этом свидетельствуют рис. 4.44 и табл. 4.16, в кото- |
Рой приведены сравнительные данные о прочности бетонов с добавками суперпластификаторов и без них (контрольные) при испытании через 28 сут твердения и по ускоренному методу [73]. Возможное объяснение этому факту заключается в том, что основное действие суперпластификаторы оказывают в течение первых нескольких часов после их введения, а образцы по ускоренной методике испытывают через 24 ч после распалубки.
4.4.19. Биологическое действие суперпластификаторов. Какие-либо медицинские ограничения в отношении применения суперпластификаторов отсутствуют, хотя формальдегид, используемый при получении наиболее эффективных суперпластификаторов, может быть опасен для здоровья, но он пробно связан в соответствующие соединения и не может вызвать никаких нежелательных явлений [40].
4.4.20. Стандарты. Согласно ASTM С494-81 различают два типа суперпластификаторов: тип F—сильный водопонизитель и тип G — сильный водопонизитель и замедлитель схватывания. Максимальное содержание воды в присутствии суперпластификаторов— 88% против 95% для обычных водопонизителей. Прочность при сжатии (минимальная, %, по сравнению с контрольной): 140, 125, 115, 110, 100 и 100 в возрасте соответственно 1, 3, 7, 28 сут, 6 и 12 мес для добавки типа F и 125, 125, 115, 110, 100 и 100 для добавки типа G (в те
же сроки). Усадка и относительная долговечность бетона в присутствии суперпластификаторов те же, что и для бетона с добавками других типов.
Канадская ассоциация стандартов опубликовала проект Стандарта А266.5-М І98І «Нормы использования добавок суперпластификаторов в бетоне». В стандарте обсуждаются типы добавок, их функции, дозировка, совместимость с другими добавками, технология введения, условия укладки бетонной смеси и их принципиальное влияние на прочность свежего и затвердевшего бетона.
1.