CC BY
136
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №3 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-3 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/92TVN315.pdf DOI: 10.15862/92TVN315 (http://dx.doi.org/10.15862/92TVN315)
УДК 691.327
Несветаев Григорий Васильевич
ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет»
Россия, г. Ростов-на-Дону1 Заведующий кафедрой «Технологии строительного производства»
Доктор технических наук Профессор E-mail: [email protected]
Халезин Сергей Валерьевич
ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет»
Россия, г. Ростов-на-Дону Аспирант
E-mail: [email protected]
О прочности бетона с каркасной структурой
1 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
Аннотация. Бетоны, полученные из высокотехнологичных самоуплотняющихся бетонных смесей на основе современных суперпластификаторов наряду с рядом преимуществ технологического характера при оценке конструкционных свойств, проявляют некоторые недостатки, в частности, пониженный модуль упругости, повышенные усадка и ползучесть, что обусловлено особенностью макроструктуры, а именно повышенной концентрацией растворной составляющей. Улучшение деформационных показателей качества бетона предопределяет необходимость минимизации объема растворной составляющей, который в предел должен быть равен объему пустот крупного заполнителя. Получение таких бетонов, известных как бетоны каркасной структуры, возможно только по раздельной технологии, либо нагнетанием растворной составляющей в пустоты наброски крупного заполнителя, зафиксированной в объеме, либо посредством погружения в растворную составляющую крупного заполнителя, при этом применение суперпластификаторов обеспечивает получение маловязкой растворной составляющей для обоих вариантов. Установлено, что предел прочности растворной составляющей, полученной из маловязких смесей, однозначно определяется величиной В/Ц и не зависит от модуля крупности песка. Соотношение пределов прочности при изгибе и сжатии соответствует среднестатистической для бетонов. Предел прочности бетонов каркасной структуры зависит от степени заполнения пустот, пустотности крупного заполнителя и прочности растворной составляющей. Технология погружения крупного заполнителя обеспечивает получение качественной структуры и высокой прочности бетона. Применение современных эффективных суперпластификаторов, обеспечивающих получения маловязкой растворной составляющей без ее расслоения позволяет реализовать новый метод раздельного бетонирования посредством погружения крупного заполнителя в маловязкую растворную составляющую. Удельный расход цемента в бетонах каркасной структуры, полученных по указанной технологии, до двух раз ниже в сравнении с равнопрочными бетонами, полученными по традиционной технологии и составляет до 4 кг/(м3-МПа).
Ключевые слова: бетон каркасной структуры; прочность; растворная составляющая; удельный расход цемента; крупный заполнитель.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Несветаев Г.В., Халезин С.В. О прочности бетона с каркасной структурой // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/92TVN315.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/92TVN315
Одной из ведущих тенденций технологии бетона в наше время является применение высокоподвижных, в т.ч. самоуплотняющихся бетонных смесей, преимущества которых неоднократно обосновывались [1,2]. Однако, наряду с достоинствами, бетонам, полученным из указанных смесей, присущи недостатки, связанные с особенностью их макроструктуры, а именно повышенной концентрацией растворной составляющей и, сл-но, цементного камня, среди которых можно отметить повышенные усадку и ползучесть, пониженный модуль упругости [3,4]. Бетоны, полученные из жестких смесей, напротив, характеризуются высокой концентрацией заполнителя и, как следствие, низкими показателями усадки и ползучести, однако такие бетонные смеси во многих случаях нетехнологичны. Одним из направлений получения бетонов с высокой концентрацией крупного заполнителя рассматривается заполнение пустот в плотной упаковке крупного заполнителя высокоподвижной растворной составляющей, в качестве которой может быть использованы цементные либо полимерные составы, при раздельном бетонировании. Такие бетоны названы «бетонами каркасной структуры» [5], эффективность которых подтверждена с применением различных вяжущих [6]. В настоящей работе представлены некоторые результаты исследования влияния свойств крупного заполнителя и способа получения бетона каркасной структуры на предел прочности бетона при сжатии и растяжении.
В исследованиях бетоны каркасной структуры получены по традиционной технологии, когда маловязкая растворная составляющая нагнетается в пустоты крупного заполнителя, наброска которого зафиксирована в объеме (далее - технология 1), и по технологии, предусматривающей погружение крупного заполнителя в маловязкую растворную составляющую в сочетании с вибрацией, обеспечивающей плотную упаковку крупного заполнителя (далее - технология 2).
В качестве крупного заполнителя использован щебень производства «Донской камень» фракции 20 - 40 мм для технологии 1 и фракции 5 - 20 мм для технологии 2, а также гранит Павловского карьера фракции 5-20 мм.
В качестве растворной составляющей использованы составы Ц:П = 1:1,3 на крупном (К), среднем (С = 50% К + 50% М) и мелком песке при В/Ц 0,35; 0,4 и 0,45 соответственно с 1% суперпластификатора Glenium 115, которые подбирались в соответствии с [7] и имели одинаковую текучесть, характерную для самоуплотняющихся бетонных смесей.
Представленные на рис. 1 данные свидетельствуют о том, что предел прочности бетона в основном определяется величиной В/Ц, на которую крупность песка влияет через водопотребность смеси, и технологией приготовления бетона - 1 или 2, причем положительное влияние технологии 2 на предел прочности бетона очевидно.
Представленные на рис. 2 данные свидетельствуют о том, что предел прочности бетона может значительно превышать прочность растворной составляющей.
Представленные на рис. 3 данные свидетельствуют о том, что бетон каркасной структуры в принципе характеризуется таким же соотношением пределов прочности при растяжении и сжатии, как и обычные бетоны. Следует отметить, что при использовании в качестве крупного заполнителя щебня производства «Донской камень» отмечается некоторое повышение прочности на растяжение, а у бетона с Павловским гранитом отмечается резкое снижение прочности на растяжение. Для выявления причин установленного явления необходимы специальные исследования.
а &
В
90 80 70 60 50 40 30
0,3
д
\ 8
• 1—|
т ■V *ч« — 1_|
1 1
■ 1111
0,35
0,4 В/Ц
0,45
0,5
А К1 ♦ М1 ■ С1 Д К2 -Т
---Т1
О М2 □ С2 • СС О ГК2
Рис. 1. Зависимость предела прочности бетона от В/Ц и вида мелкого
и крупного заполнителя: К, С, - соответственно песок с Мк = 2,87; 50% К + 50%М; М- песок с модулем крупности
1,09; Т - по формуле ЙБ = 0,34 • Яц • (В)-1,3885 [8] при Яц = 45,5 МПа; Т1 - то же, с учетом
технологической пористости 2%
95
а И
85
° 75
н 75 щ
\о В
Й 65
о
Я
Т
о
о.55
£
ч
£ 45 В
35
20
30 40 50 60
Прочность растворной составляющей, МПа
у = 1,102х + 7,6333 R2 = 0,8864
70
Т
♦ М1
А К1
Д К2
О М2
□ С2
■ С1
• СС2
о ГК2
Рис. 2. Зависимость предела прочности бетона на сжатие Я от прочности растворной составляющей Яр, приведенной к базовому образцу (коэффициент приведения 0,76): М,С,К - то же, что на рис.1; ГК - гранитный щебень; 1 - нагнетание растворной составляющей в наброску крупного заполнителя; 2 - погружение крупного заполнителя в растворную составляющую; СС - крупный заполнитель: 30% фракции 5-10 и 70% фракции
10-20; Т- Я = Яр
5,5
<и Я
я
V
н о
ев &
а о са и
и _
О ев
Я И
н и о я
Т О
а
<и а В
4,5
3,5
2,5
30
у = 0,2432x0,6677 R2 = 0,8985
♦ ДК — ^
□ Г
□
—I-1-1-1-1—
40 50 60 70 80
Предел прочности на сжатие, МПа
90
5
4
3
2
Рис. 3. Зависимость предела прочности на растяжение & от предела прочности
на сжатие Я
М, С, К - то же, что и на рис.1; Т - по формуле Яс = 0,29 • Я0,6 [8]
Уменьшение прочности на сжатие бетонов, полученных по технологии 1 свидетельствует о дефектах в структуре, в т.ч. связанных с неполным заполнением и ослаблением контактной зоны (рис. 4).
Рис. 4. Слева направо: структура бетона на заполнителе К, ослабленная контактная зона (технология формования - 1), структура бетона СС (технология формования - 2)
Увеличение прочности бетона на сжатие относительно прочности растворной составляющей свидетельствует о включении в работу «каркаса» из крупного заполнителя при полном заполнении пустот и формировании качественной контактной зоны, причем, как следует из данных рис. 2, рост прочности бетона Rб происходит пропорционально росту прочности растворной составляющей Rp:
Яб = 1,1 • йр + 7,5, (1)
а при использовании заполнителя (С) с меньшей пустотностью происходит рост прочности еще на 15%.
Представленные на рис. 5 данные свидетельствуют о высокой эффективности бетонов каркасной структуры по критерию удельного расхода цемента, особенно при применении заполнителя с минимальной пустотностью (СС2), что связано с минимальным количеством растворной составляющей и максимальным включением в сопротивление разрушению «каркаса» из крупного заполнителя.
Рис. 5. Зависимость удельного расхода цемента от предела прочности бетона: М,С,К, 1,2, СС - то же, что на рис.3; МБ - данные [9], Н - данные Несветаева Г.В., КДН
данные [10]; СНиП - по СНиП 82-02-95; Т- из зависимости Я = 0,65 • йц • (Ц - 0,5) при В =
" В
180 и Яц = 45,5 МПа
Выводы
1. Предложена технология раздельного бетонирования для получения бетонов каркасной структуры посредством погружения крупного заполнителя в маловязкую растворную составляющую с вибрацией для обеспечения плотной укладки заполнителя и показано преимущество предложенной технологии перед технологией нагнетания растворной составляющей в пустоты крупного заполнителя.
2. Показано, что предел прочности на сжатие растворной составляющей при высокой концентрации вяжущего в сочетании с суперпластификатором определяется величиной В/Ц и не зависит от модуля крупности песка.
3. Предел прочности бетона каркасной структуры Rб, полученной посредством погружения крупного заполнителя в растворную составляющую пропорционален пределу прочности растворной составляющей 1Кр: Иб = 1,1 • Др + 7,5.
4. Вследствие низкой концентрации растворной составляющей в бетонах каркасной структуры удельный расход цемента кг/м3 на единицу прочности до двух раз ниже в сравнении с равнопрочными бетонами, полученными по традиционной технологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баженов, Ю.М., Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. - М: АСВ, 2006. - 368 с.
2. Калашников, В.И. Расчет состава высокопрочных самоуплотняющихся бетонов / В.И. Калашников // Строительные материалы. - 2008. - а №10. - С. 4 -6.
3. Несветаев, Г.В. Самоуплотняющиеся бетоны: модуль упругости и мера ползучести / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2009. -№6. - С. 68 - 71.
4. Несветаев, Г.В., Самоуплотняющиеся бетоны: усадка / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2009. - №8. - С. 52 - 53.
5. Соломатов, В.И. Интенсивная технология бетонов / В.И. Соломатов, М.К. Тахиров, Тахер Шах Мд. - М.: Стройиздат, 1989. - 264 с.
6. Соломатов, В.И. Прочность композиционных строительных материалов каркасной структуры / В.И. Соломатов, Ю.Б. Потапов // Изв. вузов: Строительство и архитектура. - 1986. - №7. - С. 57-58.
7. Несветаев, Г.В. Самоуплотняющиеся бетоны: некоторые факторы, определяющие текучесть смеси / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк, Б.А. Хетагуров // Строительные материалы. - 2009. - №3. - С. 2 - 5.
8. Несветаев, Г.В. Бетоны / Г.В. Несветаев. - Ростов/Д: «Феникс», 2013. - 381 с.
9. Батудаева, А.В., Высокопрочные модифицированные бетоны из самовыравнивающихся смесей / А.В. Батудаева, Г.С. Кардумян, С.С. Каприелов //Бетон и железобетон. - 2005. - №4. - С. 14-18.
10. Коротких, Д.Н. Повышение прочности и трещиностойкости структуры современных цементных бетонов: проблемы материаловедения и технологии: Автореф. дис. ... д-р техн. наук: 05.23.05 / Дмитрий Николаевич Коротких. -Воронеж: ВГАСУ, 2014. - 41 с.
Рецензент: Маилян Дмитрий Рафаэлович, заведующий кафедрой «Железобетонных и каменных конструкций», доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».
Nesvetaev Grigory Vasilievich
Rostov State University of Civil Engineering Russia, Rostov-on-Don E-mail: [email protected]
Halezin Sergey Valerievich
Rostov State University of Civil Engineering Russia, Rostov-on-Don E-mail: [email protected]
On the strength of concrete with frame structures
Abstract. Self-compacting concretes made with modern superplasticizers based possess of wide number of technological advantages in assessing the structural properties, exhibit some disadvantages, in particular, low modulus, increased shrinkage and creep, which is due to feature macrostructure, namely the high concentration of mortar matrix . Improving the quality of concrete deformation parameters determines the need to minimize the amount of mortar matrix that in the limit should be equal to the volume of coarse aggregate voids. Preparation of such concretes, well known as concretes with frame structure, is only possible by using separate technology by injection mortar mix into the cavities of the coarse aggregate which one outline fixed in volume, or by immersing the coarse aggregate into mortar mix made with superplasticizers that provides the low-viscosity mortar mix for both methods. It was found that the tensile (flexural) strength of the mortar matrix made by using low viscosity mortar mix with superplasticizer are uniquely determined by the water/cement ratio and does not depend on the module size sand. The ratio of flexural strength and compressive strength corresponds with the well known average for the concretes. Compressive strength of concrete frame structure depends on the degree of filling of voids, emptiness coarse aggregate and mortar matrix strength. Technology by immersion of coarse aggregate provides a quality structure and high strength of concrete. Modern, efficient superplasticizers provide a low-viscosity mortar mix without separation and allow by using technology of separation concreting by immersing coarse aggregate in low-viscosity mortar mix. Specific value of cement content in concrete structure due to this technology, two times lower in comparison with equally compressive strength of concretes made by traditional technology, and is equal up to 4 kg / (m3 • MPa).
Keywords: concrete frame structure; compressive strength; mortar mix; mortar matrix; specific cement content; coarse aggregate.
REFERENCES
1. Bazhenov, Y.M., Modified quality concrete / Y.M. Bazhenov, V.S. Demyanova, V.I. Kalashnikov. - M: DIA, 2006. - 368 s.
2. Kalashnikov, V.I. The calculation of mix proportion of high strength self-compacting concrete / V.I. Kalashnikov // Building materials. - 2008. - №10. - P. 4 - 6.
3. Nesvetaev, G.V. Self-compacting concretes: the elastic modulus and creep measure / G.V. Nesvetaev, A.N. Davidyuk // Building materials. - 2009. - №6. - pp 68 - 71.
4. Nesvetaev, G.V., Self-compacting concretes: shrinkage / G.V. Nesvetaev, A.N. Davidyuk // Building materials. - 2009. - №8. - pp 52 - 53.
5. Solomatov, V.I. Intensive technology of concrete / V.I. Solomatov, M.K. Tahir Shah Md. Taher. - M.: Stroyizdat, 1989. - 264 s.
6. Solomatov, V.I. The strength of composite building materials carcass structure / V.I. Solomatov, Y.B. Potapov // Math. universities: Construction and architecture. - 1986. - №7. - pp 57-58.
7. Nesvetaev, G.V. Self-compacting concrete: some factors determined the fluidity of the mixture / G.V. Nesvetaev, A.N. Davidyuk, B.A. Hetagurov // Building materials. -2009. - №3. - C. 2 - 5.
8. Nesvetaev, G.V. Concretes / G.V. Nesvetaev. - Rostov / W: "Phoenix", 2013. - 381 s.
9. Batudaeva, A.V., High strength modified self compacting concretes / A.V. Batudaeva, G.S. Kardumyan, S.S. Kaprielov // Concrete and reinforced concrete. -2005. - №4. - S. 14-18.
10. Korotkih, D.N. Increase strength and crack resistance structure of modern cement concrete: problems of materials, science and technology: Syn. thesis. ... Dr. Sc. Sciences: 05.23.05 / Dmitry Nikolaevich Korotkih. - Voronezh: VGASU, 2014 - 41 c.
