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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

Z.5'/.

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

52,5

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

10 20 30 40 Потери влаги, %

Типі

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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|

Суперплас­тификатор

Ssl

2 | я fc

^ m в

S 1 ї

Состав бетона, кг на I м3

> , X Я у О

М

2 ° %

К

X

Е

= g« н

4» g-в >•

F-S

О. ш а

Я,

§•8 [9] и

^ а —

Ю 3 і

С

3.1

Ч 1

Н _

А; и 5 с =Г?

— 4> »Я (_

A х

* X

11

« X

2 х к

С о с

А. те з: г

X >>

Is?

Х «

1 I

О

С х

£

А. га

IS

=с Ій ао

I *

Г лу а ^ а. о <и

* ^ о

Х С 1

3x2 О яХ

Без добавки СМФ СНФ МЛС

23,6 9,1 25,6

0,31 1,18 3,15 0,34

0,49 0,4 0,4 0,4

298

304 303

305

817 835 832 839

1082 1106 1102 1111

5.3

5.4 6,0 5,4

80 75 80 40

2344 2365 2357 2377

15.2 19,6

20.3 19,8

0,44 0,43 0,43 0,43

1101/338 1085/324 1107/345 1157/339

* 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)

Расход

Прочность при сжатии

Образцов-цилиндров (102x203 мм)

МПа, в

Возрасте, сут

О (и

Цемента, кг на I м3

1*

7*

28

180

270

3(

)5

Е

Хранение во влажных усло­виях

Хранение в воде

Хранение во влажных ус­ловиях

Хранение в воде

Хранение во влажных ус­ловиях

Хранение в воде

Хранение во влажных ус­ловиях

Хранение в воде

Прочность при призм размероу 89Х 102X408 у 28 сут, МПа

422

27,1

31,9

36,6

43,5

43,5

49

49,8

46,9

48,6

47,7

50,1

431

34,1

36,3

40,3

47

46

51,5

46,3

46,4

47

48,7

50,5

445

35

42,8

44,4

49,6

50,7

49,7

53,1

54,7

53,1

51,9

54,7

393[10]

36

41,6

41,7

47,6

53,6

49,4

50,7

5,6

420***

38,2

43,8

43,9

48,5

53,9

53,1

52

6,4

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].

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

42 28 14

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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].

4.4.7. Долговечность бетона.

Таблица 4.8. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ УПРУГОСТИ И ФАКТОР ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОНА ПОСЛЕ 300 ЦИКЛОВ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ (601

В/ц

Содержа­ние возду­ха, %

Фактор расстояния между пу­зырьками, мм

Испытания по ASTM-C 666, методика А

Испытания по ASTM С 666, методика В

Число цик­лов замора­живания — оттаивания

Относитель­ный модуль упругости,

/0

Фактор дол говеч ности

Число цик­лов замора­живания— оттаивания

Относитель­ный модуль упругости,

/0

Фактор дол­говечности

Суперпластификатор меламинформальдегидного типа

0,65

3,1

0,72

32

19

2

48

76

12

0,7

2,8

0,78

32

9

1

19

Р*

Р*

0,7

6,5

0,16

300

101

101

300

98

98

0,7

8,2

0,25

300

97

97

300

97

97

0,5

2,2

1,01

17

63

4

21

25

2

0,5

6,5

0,13

300

100

100

300

96

96

0,5

7,8

0,17

300

101

101

300

97

97

0,35

2,2

0,81

НО

85

31

300

95

95

0,35

5,5

0,16

300

102

102

300

98

98

0,35

4,9

0,15

300

100

100

300

98

98

Суперпластификатор нафталинформальдегидного типа**

0,7

2,4

0,62

9

43

1

16

1

1

0,7

6,2

0,23

300

91

91

300

98

98

0,7

6,7

0,26

300

91

91

300

98

98

0,5

2,2

0,59

15

39

2

300

20

3

0,5

6,8

0,13

300

96

96

48

100

100

0,5

6,5

0,18

300

95

95

300

98

98

0,35

2

0,73

12

78

3

300

90

90

0,35

5,7

0,14

300

94

94

300

100

100

0,35

5

0,23

300

95

95

300

98

98

0,5

6

'

300

98

98

300

98

98

* 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|

В/ц

Вид добавки

Содержа­

Содержа­

Содержа­

Фактор рас­

(по массе)

Ние возду­

Ние цемент­

Ние воздуш

Стояния

Ха в сме-

Ного камня

Ных пу­

Между пу­

СН, %

Е бетоне,

Зырьков в

Зырьками,

Бетоне, %

Мм

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).

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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)

Вовлеченный

А,

L, мкм

Фактор*

Дол го-

Воздух, %

См 1

Вечности, %

Основ­

Модифи­

Ной

Циро­ванный

Серия А 4,45

142

323

90

99

5,13

185

241

91

100

Серия В 6,41

.176

193

91

101

7,40

210

157

90

100

*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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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.

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

6) о 7 28 56 112 168 336

AEd%

A is я.

1,0

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

0,6

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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|

Бетон

Тип добавки

Тип — марка цемен­та

Расход цемен­та на 1 м3, кг

Осад­ка ко­нуса, мм

Прочность сцепления, через сут

МПа,

7

28

7

28

Гладкая ар­матура

Арматура перио­дического про­филя

Тяжелый

Без добавки

1-1

400

100

1,2

15

1,3

15,2

»

Суперпластифика­

1-1

400

220

3,5

27,5

4

28,5

Тор

Легкий

Без добавки

1-2

500

100

0,4

6,6

0,6

9,2

»

Суперпластифика - TOD

1-2

500

210

0,9

14,2

2,1

21

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.

4.4.12. Прокачиваемость. В

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-

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

4}

240 220 200 780 160 m 120 100 SO 60

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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-

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

/ — 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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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-

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

7 28 91

Рис. 4.41. Зависимость прочности при сжатии тощего бетона с суперпласти­фикатором от содержания дисперс­ного кремнезема, % (расход цемента 175 кг/м3) [69]

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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>

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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)

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

10 20 30 40 іjмин

QK, MM 180 НО 100 60

20

В)

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

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

Вид бетона

П

Прочность npf сжатии МПа

100

.2»

По уско ренно - му ме тоду

Через 28 су

Контрольный

18,3

36,2

50,5

С добавкой

16,6

36,9

45

Контрольный

7,7

18,9

40,7

С добавкой

12,6

23,7

53,2

Контрольный

12

26,1

46

С добавкой

18,3

34,3

53,4

Контрольный

11,1

24,2

45,9

С добавкой

11

26,3

41,8

Контрольный

13,0

28,1

49,5

С добавкой

13,1

25,6

49,2

Контрольный

13

28,4

45,8

С добавкой

12,4

24,1

51,5

Контрольный

13,8

26

53,1

С добавкой

5,3

8,8

60,2

Контрольный

10,1

27

37,4

С добавкой

10,9

27,2

40,1

Контрольный

11,6

24,8

46,8

С добавкой

12,6

26,1

48,3

Контрольный

17,5

37,5

46,7

С добавкой

11,9

23,6

50,4

Контрольный

14,6

32,3

45,2

С добавкой

10

20,6

48,5

Контрольный

15,9

33,4

47,6

С добавкой

11,9

23,7

50,2

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.

Добавки в бетон Справочное пособие

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

8.5.1. Прочность бетона. Положительное влияние боль­шинства противоморозных до­бавок на микроструктуру це­ментного камня, его поровую структуру и зону контакта с за­полнителем проявляется в улуч­шении физико-механических по­казателей бетона. Однако в свя­зи с …

ДОБАВКИ ДЛЯ ТОРКРЕТИРОВАНИЯ БЕТОНА

9.10.1. Общие положения. Добавки, используемые в тор - крет-бетоне, обычно подразде­ляются на четыре категории: ускорители, воздухововлекаю - щие агенты, замедлители и мелкоизмельченные инертные или активные гидравлические добавки. Однако, поскольку добавки …

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БЕТОНА С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ

Долговечностью бетона на­зывается его способность дли­тельно, в предусмотренных проектами пределах, сохранять свои эксплуатационные свойст­ва. Противоморозные добавки по-разному влияют на долго­вечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-ми- нералогического и веществен­ного …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.