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.

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-

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.

4.3.4. Потеря подвижности.

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

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-

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.

4.3.6. Содержание воздуха.

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].