CC BY
51
УДК 666.972.16
Н. И. НЕТЕСА (ДИИТ)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ В НИЗКОПРОЧНЫХ БЕТОНАХ
Розглянуп проблеми використання cynepnnaci^iKaTOpiB у бетонах мiцнiстю до 20 МПа, вирiшення яких забезпечуе значний економiчний ефект.
Изложены проблемы использования суперпластификаторов в бетонах прочностью менее 20 МПа, решение которых обеспечивает значительный экономический эффект.
The article deals with the issue of using super-plasticizers in concrete grades with strength less than 20 MPa, which provides substantial economic effect.
Современные нормы и рекомендации не разрешают применять суперпластификаторы в бетонах прочностью менее 20 МПа [1; 2]. Это связано с тем, что практически при любых количествах вводимого суперпластификатора, даже последнего поколения, не удается существенно улучшить удобоукладываемость таких бетонных смесей, устранить водоотделение.
В результате бетонные смеси с расходами цемента менее 250 кг на кубометр бетона практически невозможно транспортировать бетононасосами, их сложно уплотнять, особенно в монолитных конструкциях. Зная эти особенности бетонных смесей, конструкторы практически не используют их в тех конструкциях, где прочности 5... 15 МПа вполне достаточно для обеспечения необходимой прочности и долговечности.
Это приводит к значительным необоснованным перерасходам цемента, бетонные смеси с расходом цемента менее 250 кг на кубометр практически не используются в строительстве. А применение так называемых тощих бетонных
смесей весьма ограничено из-за невозможности их транспортировки современными бетононасосами и надежного виброуплотнения.
Установленные нами закономерности по необходимости обеспечения рационального зернового состава компонентов бетонной смеси для повышения эффективности использования цемента в бетонах [3; 4]позволили также выявить и важную закономерность по применению суперпластификаторов для бетонов с расходами цемента менее 250 кг на кубометр.
В качестве примера в табл. 1 представлены результаты испытаний контрольных образцов бетона в 2 8-суточном возрасте нормального твердения с различными расходами цемента. В качестве наполнителя использованы хвосты обогащения железных руд, 90 % зерен которых соизмеримы с размером зерен цемента. Применялся также шлакопортландцемент криворожского завода активностью 40 МПа, гранитный щебень максимальной крупностью 20 мм и днепровский песок с модулем крупности 1,45.
Таблица 1
Составы и результаты испытания контрольных образцов
№ Расход материалов на м3, кг Уд-укл. Плотность, кг/м3 Прочн. 10R /Ц
состава Ц Н Щ П В ОК, см свежеотформов. затв. R , МПа
1 125 375 1200 570 170 5 2447 2375 19,8 1,58
2 250 250 1200 570 170 8 2497 2419 37,2 1,49
3 125 125 1200 820 160 1 2375 2325 12,9 1,03
4 125 - 1200 900 170 1 2387 2319 9,8 0,78
5 250 - 1200 820 170 2 2435 2379 29,8 1,19
6 120 360 1200 520 200 8 2339 2275 15,3 1,27
7 100 380 1200 520 200 7 2352 2271 13,8 1,38
8 75 400 1200 520 200 7 2347 2257 9,3 1,24
Для улучшения удобоукладываемости использован суперпластификатор «РЬУГСЕМ» итальянской фирмы «СОЬМЕР», рекомендуемый расход которого составляет 0,5.. .1,5 % от массы цемента. Применяемые составы и результаты испытаний контрольных образцов представлены в табл. 1.
Анализ результатов этого эксперимента, а также визуальные наблюдения позволяют определить следующие закономерности. Эффективность используемого в этом эксперименте суперпластификатора «РЬУГСЕМ», расход которого составлял 1,5 % от массы цемента, значительно выше применяемых нами в других экспериментах суперпластификаторов С3 и ПФС. Однако в составах без наполнителя, даже при использовании такого эффективного суперпластификатора, получить хорошую удобоукладываемость смеси не удалось. Наблюдалось значительное водоотде-ление в этих составах (№ 4, 5, см. табл. 1), но удо-боукладываемость оставалась в пределах 1-2 см.
Аналогичная закономерность наблюдалась и по составу № 3, расход наполнителя в котором 125 кг. Хорошо уплотнить образцы из этих составов не удавалось.
Эти составы с низким расходом цемента и суперпластификатором «РЬУ1СЕМ» имели значительно лучшую удобоукладываемость и связность, чем с С3 и ПФС. Прочность бетона, полученного из этих составов, существенно выше, чем из составов с таким же расходом цемента и примерно такой же удобоукладываемости, но без суперпластификатора, а также и с суперпластификатором ПФС и значительно более жестких смесей (см. состав № 1, табл. 2). Но коэффициент эффективности использования цемента в этих составах оставался значительно ниже, чем в составах с таким же расходом цемента и рациональным зерновым составом компонентов, который обеспечивался введением необходимого количества наполнителя (см. состав № 1, табл. 1).
Таблица 2
Составы и результаты испытания контрольных образцов бетона с варьированием наполнителя из хвостов обогащения железных руд, добавка ПФС
№ Расход материалов на м3, кг Удобо.- Плотность, кг/м3 Прочн. 10^; /Ц
состава Ц Н Щ П В ПФС, % уклад. свежеотформ. затвердевш. Нб МПа
1 125 - 1250 875 150 0,5 100с 2238 2177 5,92 0,47
2 250 - 1250 750 130 0,5 85с 2325 2310 25,8 1,03
3 375 - 1250 625 115 0,5 88с 2350 2328 47,1 1,26
4 500 - 1250 500 130 0,5 110с 2407 2385 61,5 1,23
5 125 125 1250 750 130 0,5 60с 2325 2288 18,8 1,5
6 125 375 1250 500 120 0,5 70с 2377 2359 20,5 1,64
7 250 125 1250 625 115 0,5 70с 2353 2345 41,0 1,64
8 250 250 1250 500 120 0,5 92с 2372 2365 43,2 1,73
9 375 125 1250 500 130 0,5 85с 2387 2369 53,5 1,43
Особый интерес представляют результаты испытаний образцов составов № 6-8 (см. табл. 1). Даже при значительном расходе воды в бетонных смесях с суперпластификатором «РЬУ1СЕМ» не наблюдалось водоотделение, эти смеси отличались хорошей удобоукладываемостью, отформованные из них образцы имели гладкую хорошую поверхность. Получить такого качества бетонную смесь при таких низких расходах цемента без введения рационального количества наполнителя невозможно, в том числе и при использовании эффективных суперпластификаторов. Реализация рациональных зерновых составов компонентов бетонных смесей в сочетании с современным эффективным суперпластификатором дает возможность при пониженных расходах цемента получить
высокого качества бетонную смесь и затвердевший из нее низкопрочный бетон с высоким коэффициентом эффективности использования цемента.
Чтобы убедиться в правильности и достоверности полученных результатов исследований, нами проведены дополнительные эксперименты с применением метода математического планирования эксперимента. Применены те же материалы, но в качестве суперпластификатора использовали ПФС. Расход цемента оставался постоянным равным 125 кг на кубометр. Применен трехуровенный трехфакторный эксперимент, принятые значения переменных представлены в табл. 3. При изменении расхода наполнителя из хвостов обогащения железных руд соответственно изменяли расход песка.
Таблица 3
Кодовые и натуральные значения переменных планированного эксперимента
Код Натуральные значения, расход на кубометр бетона
наполнитель Хх, кг ПФС X 2, % от Ц вода X 3, л
-1 50 0,5 125
0 300 1,0 140
+1 550 1,5 155
На рис. 1 изображены номограммы плотности, скорости ультразвука и прочности бетона от расхода наполнителя и пластификатора при постоянном содержании воды: а - 125, б - 140 л/м3 бетона. Анализом представленных на рис. 1 номограмм определены следующие закономерности. Как при расходе воды 125, так и 140 литров на кубометр наибольшие плотность, скорость ультразвука и прочность бетона определены при расходе наполнителя 300. 400 кг/м3 и расходе пластификатора 0,7.1,2 % от массы цемента. Но эти характеристики несколько лучше при расходе воды 140 л/м3 бетона.
б
& о4
и §
ч
0
1
рц
200 300 400
Расход наполнителя, кг (Х1)
100 200 300 400 500
Расход наполнителя, кг (Х1)
100
500
М
М
Рис. 1. Зависимости плотности (а, б), скорости ультразвука (в, г), прочности (д, е) от расхода хвостов обогащения железных руд и пластификатора ПФС при постоянном расходе воды:
а, в, д - 125 л; б, г, е - 140 л/м3
Интенсивность уменьшения плотности, скорости ультразвука, прочности по мере уменьшения расхода наполнителя 200.50 кг/м3 и увеличения расхода пластификатора 1,2.1,5 % от массы цемента примерно одинакова. Так, наибольшая прочность составляет 25 МПа, а по мере уменьшения расхода наполнителя в исследуемом диапазоне она снижается до 18 МПа при постоянном расходе пластификатора. А при уменьшении содержания последнего до 0,5 % или увеличении до 1,5 % прочность бетона снижается еще больше и составляет 16 МПа. По мере увеличения содержания наполнителя до предельного (550 кг) прочность бетона также снижается, но менее существенно, чем при его уменьшении до 50 кг/м3 бетона. От расхода пластификатора в исследуемых пределах прочность зависит значительно менее существенно, чем от содержания наполнителя.
Закономерность изменения прочности при постоянном содержании воды 125 л на кубометр примерно такая же, как детально рассмотренная выше при содержании воды 140 л. Но прочность бетона во всем диапазоне изменения расхода наполнителя и пластификатора существенно ниже. Наименьшая прочность определена при содержании воды 125 л, наполнителя 50 кг/м3 бетона, а пластификатора 1,5 % от массы цемента.
Визуальными наблюдениями установлено, что бетонная смесь имеет наилучшие технологические характеристики при расходе наполнителя 300.400 кг/м3 и расходе пластификатора 0,7. 1,2 % от массы цемента. Ни один из этих компонентов в отдельности не может обеспечить такие же хорошие удобоукладываемость и нерасслаиваемость бетонной смеси, отсутствие водоотделения, хорошее и быстрое запол-
нение формы. Образцы из такой смеси имеют хорошую гладкую поверхность.
Выводы
1. Эффективно использовать современные суперпластификаторы в низкопрочных бетонах с расходами цемента менее 200 кг на кубометр можно только при обеспечении рационального зернового состава компонентов бетонной смеси, в частности, введением в составы около 300 кг вторичных мелкозернистых продуктов промышленности.
2. Требуются дальнейшие исследования по обеспечению надежного перемешивания смесей с низкими расходами цемента, а также изучению долговечности таких бетонов и защите в них арматуры от коррозии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Наука, 1998. - 768 с.
2. Никифоров А. П. Добавки для бетона. Состояние и перспективы // Будiвельнi конструкци. Сучасш проблеми бетону та його технологш. - К.: НД1БК. - 2002. - С. 186-190.
3. Нетеса Н. И. Проблемы экономии цемента в бетонах введением рационального количества микронаполнителей // Строительство, материаловедение, машиностроение // Сб. науч. трудов. - Д.: ПГАСА, 2001. - Вып. 12. - С. 301-305.
4. Нетеса Н. И. Влияние зернового состава компонентов на структуру, прочность и морозостойкость бетонов // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Д.: ПДАБА. - 2002. - Вып. 16. - С. 100-107.
Поступила в редколлегию 24.03.2005.
