Бетон с компенсированной усадкой реферат

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бетон на портландцементе является одним из основных строительных материалов современности. Достоинства бетона как конструкционного строительного материала хорошо известны, и совершенствование строительно-технических характеристик этого материала имеет весьма важное значение для всей строительной отрасли. Недостатками обычного бетона являются сравнительно невысокая прочность при растяжении (по сравнению с прочностью при сжатии), а также явление усадки цементного камня в процессе твердения бетона, связанное, в первую очередь, с отдачей воды затворения в окружающую среду.

Усадка бетона конструкции в целом или отдельных ее зон опасна не столько нарушением геометрии элемента конструкции, сколько возникающими при этом растягивающими напряжениями в бетоне, которые часто приводят к образованию сквозных или поверхностных трещин. Традиционным способом компенсации усадки бетона является сокращение количества воды затворения. Для этого, как правило, применяют пластифицирующие добавки, используют жесткие смеси, уменьшают расход вяжущего, подбирают фракционный состав заполнителей. Существенное значение имеют также минералогический состав и тонкость помола цемента. Одним из способов уменьшения или устранения усадочных деформаций является создание цементов, получивших название «расширяющиеся цементы».

Поиску и разработке расширяющихся цементов посвятили свои научные работы такие известные ученые, как В.В. Михайлов, С.Л. Литвер, А.И. Звездов, Т.В. Кузнецова, И.В. Кравченко, А.Е. Шейкин, К.С. Кутателадзе и многие зарубежные исследователи, работающие в США, Японии и других странах.

В ряде зарубежных стран для решения проблемы получения бетонов с компенсированной усадкой, помимо расширяющихся цементов, состоящих из портландцемента и расширяющих добавок, используют отдельно расширяющие компоненты (органические добавки). Эти компоненты следует добавлять к портландцементу в очень небольшом количестве (0,5-2%). Для получения бетона таким способом требуются высокая культура производства и особо точное дозирующее оборудование.

В России в настоящее время для повышения эксплуатационных характеристик бетонов широко используют минеральные добавки. Среди них особое место должны занимать расширяющие добавки, введение которых в бетон на портландцементе позволяет обеспечить наряду с высокой прочностью низкую проницаемость, повышенные значения растяжения при изгибе, пониженные величины усадочных деформаций.

Введение расширяющих добавок в бетонную смесь на портландцементе вызывает расширение цементного камня. При ограничении деформаций расширения в бетоне развивается самонапряжение. Изучение процесса гидратации цементов на расширяющих добавках и бетонов на их основе показало, что скорость образования продуктов гидратации, вызывающих расширение в системе и рост прочности, во многом зависит от вида, активности и количества расширяющей добавки. Проведенный анализ результатов исследований российских и зарубежных ученых дал основания условно подразделить расширяющие минеральные добавки на:

– оксидные;

– алюминатно-оксидные;

– алюминатно-сульфатные.

В данной работе рассматривали влияние каждой группы добавок на свойства бетонов. Выбор конкретной добавки и целесообразность ее применения определялись физико-техническими показателями бетонов на РД. Кроме того, учитывались такие факторы, как доступность и стабильность сырья для производства такой добавки.

Для проведения исследований в качестве вяжущего использовался портландцемент М500Д0 по ГОСТ 10178 следующих заводов: ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Мальцовский портландцемент», напрягающий цемент ОАО «Подольскцемент».

В качестве заполнителя использовали песок Мкр 2,3-2,5 по ГОСТ 8736 и щебень фракции 5-10см по ГОСТ 8267 производства ЗАО «Мансуровскоеарьероуправление».

Для регулирования свойств бетона использовались химические добавки по ГОСТ 24211. Для затворения смеси применяли воду по ГОСТ 23732.

В работе использовались традиционные методы исследования и специально разработанные методики по оценке самонапряжения бетонов.

В цементах с добавками первой группы расширение происходит в результате гидратации оксидов кальция, магния. Значительное расширение связано с интенсивным увеличением объема новообразований Са(ОН)2 в процессе гидратации СаО. Эксперименты показали, что избыточное количество оксида кальция в составе

вяжущего (более 3%) может привести к разрушению бетона как в первоначальный период гидратации, так и в дальнейшем при эксплуатации конструкции.

Ко второй группе расширяющих добавок относятся алюмооксидные добавки, при введении которых расширение цементов обеспечивается одновременно как за счет образования эттрингита, так и в результате гидратации оксидов кальция.

В качестве алюмооксидной расширяющей добавки была опробована комплексная добавка, состоящая из циклонной пыли керамзитового производства, гипсового камня и обожженного доломита. При введении этой комплексной добавки образуются как гидросульфоалюминат кальция (ГСАК), так и гидрооксид кальция Са(ОН)2. При этом скорость образования и формы тех или иных новообразований зависят от содержания Са(ОН)2 в жидкой фазе. Кроме того, соотношение реагирующих компонентов влияет на форму и механизм образования ГСАК как основного источника расширения. Изменение количественного соотношения компонентов – циклонная пыль: гипс : доломит дало возможность выбрать оптимальный состав расширяющей добавки этого типа — 1,72 : 1 : 0,143. При таком составе добавки наблюдалось увеличение самонапряжения на 30%, расширения – на 65%, прочности – на 15% по сравнению с другими аналогичными составами РД. Однако разброс результатов ввиду нестабильности состава сырьевых материалов не дал оснований рекомендовать эту добавку в качестве базовой.

Для получения расширяющих добавок третьей группы выбраны композиции на

основе алюминатных и сульфатсодержащих материалов, когда расширение цементов

происходит в результате взаимодействия алюмо- и сульфатсодержащих фаз с образованием эттрингита (3СаО·Al2O3·3CaSO4·31H2O).

В качестве алюмосодержащего компонента были опробованы техногенные продукты промышленности: доменные гранулированные шлаки, зола-уноса, шамотная

пыль.

Для исследований был выбран доменный шлак Нижне-Тагильского металлургического завода с повышенным содержанием Аl2О3 (до 35%); в качестве сульфатного компонента – двуводный гипс СаSO4 · 2Н2О (гипсовый камень) как наиболее стабильный сульфатсодержащий продукт. Для активизации добавки в ее состав вводили до 5% глиноземистого шлака, содержащего монокальциевый алюминат СА, который обеспечил интенсификацию процесса образования

гидросульфоалюмината кальция. При выбранном составе расширяющей добавки в количественном соотношении 2,8 : 1 : 0,2 (доменный шлак : гипс : глиноземистый шлак) самонапряжение увеличилось на 15%, прочность на сжатие – на 20% по сравнению с другими составами РД.

Одним из наиболее доступных крупнотоннажных алюмосодержащих отходов

являются золы ТЭЦ. Для производства расширяющих добавок представляют интерес

низкоосновные золы со сравнительно высоким содержанием Аl2О3 (до 30%), низким

содержанием СаО (6-8%), содержанием SiО2 – 40-50%. В соответствии с расчетом по

основным оксидам были выбраны составы расширяющих добавок, содержащих золу- уноса и гипс в соотношении 1,5:1 при обеспечении в возрасте 28 суток линейного расширения бетона — 0,1%, самонапряжения – 1,1 МПа и прочности — до 65 МПа.

На диаграмме (рис.1) приведены результаты оценки прочности, расширения и самонапряжения мелкозернистых бетонов с различными добавками. Экпериментально

установлено, что к возрасту 150 суток наиболее стабильные показатели достигаются у образцов из бетона с добавкой сульфоалюминатного типа, прочность на сжатие увеличилась на 7-13%. Расширение и самонапряжение снизились на 13 и 6%. У образцов с добавкой оксидного типа эти показатели снизились на 47 и 85%.

Полученные данные определили добавку третьей группы как основную для промышленного производства. Для выбора оптимального расхода добавки сульфоалюминатного типа оценивалось изменение самонапряжения по времени при различных условиях твердения (таблица 1).

Установлено, что композиционное вяжущее состава ПЦ : РД = 85 : 15 обеспечивает идентичность свойств мелкозернистых бетонов на напрягающем цементе, твердеющих 28 суток в водных условиях, затем на воздухе в возрасте до 120суток.

Таблица 1- Изменения величины самонапряжения мелкозернистых бетонов во времени при различных условиях твердения

На основе большого количества экспериментальных данных, полученных по многофакторному плану, методами математического анализа и статистики выведены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать прочность, расширение и самонапряжение в зависимости от состава бетонной смеси. В качестве примера представлен график зависимости самонапряжения от основных компонентов: расходов расширяющей добавки, цемента, заполнителей и водоцементного отношения (рис. 2). Получены аналогичные графики зависимости прочности и расширения от состава бетона.

Анализируя изолинии параметров оптимизации, можно отметить, что оптимальным расходом портландцемента для бетонов с компенсированной усадкой класса В25, В30 и В35 является расход 390 – 425 кг/м3 при дозировке РД – 5-9% от массы вяжущего. В то же время, для получения напрягающего бетона с самонапряжением 1,0 – 1,4 МПа необходимо, не изменяя расход портландцемента, увеличить количество расширяющей добавки до 10-15% от массы вяжущего.

Таким образом, в результате математического планирования и опытной проверки свойств бетонов в соответствии с полученными графиками есть основания сделать вывод, что, варьируя количество вводимой расширяющей добавки при одном и том же расходе портландцемента, можно получать бетоны с компенсированной усадкой и напрягающие бетоны с заданными физико-механическими показателями.

Рис. 1- Изменения физико-механических показателей бетонов с различными добавками

Анализ, обработка и обобщение экспериментальных данных дали возможность определить оптимальные расходы РД в зависимости от массы вяжущего для получения следующих свойств бетонов:

— обеспечение компенсации усадки при требуемом классе по прочности на сжатие – 5-11%;

— обеспечение требуемой марки по самонапряжению – 6-14%;

— получение марки по водонепроницаемости W12-W20 – 6-10%;

— обеспечение марки по морозостойкости F300-F500 – 6-10%.

Одной из главных задач технологии является получение бетона с заданными свойствами методом регулирования его состава с использованием химических добавок.

Рис. 2 — Зависимость самонапряжения от расхода РД , цемента, заполнителя и В/Ц

Анализ результатов показал (таблица 2), что для бетонов с компенсированной

усадкой и напрягающих бетонов одного и того же состава положительный эффект достигается при применении не только традиционных добавок, таких как суперпластификатор С-3 и лигносульфонаты, но и новых добавок и комплексов, таких как Лигнопан, Алпласт, Супронафт, Экопласт П-10. Так, применение суперпластификатора С-3 для бетонов с компенсированной усадкой в количестве 0,2-0,7% массы вяжущего (ПЦ+РД) позволяет на 15-20% повысить прочность и самонапряжение за счет уменьшения количества воды, при этом водоредуцирующий эффект действия добавки позволяет отнести ее ко 2-ой группе. Введение в состав бетонной смеси добавки «Лигнопан Б-1» в количестве 0,2% от массы вяжущего редуцирует до 20% воды и при этом повышает на 15-17% прочность бетона. В то же

время, пластифицирующая добавка «Алпласт» в количестве 0,2% массы вяжущего позволяет редуцировать до 15% воды и на 10-12% повысить прочность.

Таблица 2 — Влияние пластифицирующих добавок на свойства бетонов с КУ

Установлено, что для бетонов с КУ (РД-7%) по сравнению с бетонами на портландцементе введение добавки Экопласт П-10 в возрасте 28 суток увеличивает прочность на сжатие на 10%, для напрягающего бетона (РД-12%) на 24%. Самонапряжение в бетоне с КУ и напрягающем, по сравнению с другими бетонами

повышается на 20-75%.

Для оценки возможности круглогодичного возведения конструкций из бетона с

компенсированной усадкой исследовались свойства бетонов при использовании

расширяющих – в комплексе с пластифицирующими и противоморозными добавками.

Оценка кинетики тепловыделения выявила различия (скорость, величина тепловыделения и температура) у базового портландцемента, комплексного вяжущего

(ПЦ + РД) и напрягающего бетона. Благодаря наличию повышенного количества алюминатов в комплексном вяжущем гидратация происходит с большей скоростью, повышением температуры смеси на 25оС более, чем у базового портландцемента и выделением дополнительного количества тепла. Повышенное тепловыделение комплексного вяжущего позволило отказаться от дополнительных мер по прогреву при воздействии отрицательных температур до -5 оС. , как и у бетонов на НЦ. Благодаря эффекту повышенной экзотермии у бетона с расширяющей добавкой обеспечивается более быстрый набор прочности при отрицательной температуре.

Проведенные исследования показали, что при варьировании количества РД можно обеспечить морозостойкость бетона на КУ до 600 циклов (таблица 3). Коррозионную стойкость бетонов с компенсированной усадкой оценивали, в первую очередь, по его структуре. Плотность структуры бетона и особенно зоны контакта цементного камня и заполнителя зависит от внутренних напряжений, возникающих в бетоне при различных температурно-влажностных условиях твердения. При оценке структуры бетона с компенсированной усадкой необходимо учитывать, что этот бетон в конструкции всегда находится в условиях упругого ограничения деформации расширения, и постепенно приложенные нагрузки не приводят к образованию трещин в структуре, склонной к пластическим деформациям, а микротрещины кольматируются продуктами новообразований. При этом уменьшается показатель общей пористости, сокращается средний размер пор и количество открытых пор.

Оценка кинетики связывания гипса и количества образовавшегося гидросульфоалюмината кальция показала, что весь гипс связывается к 7 суткам, и основное количество ГСАК образуется также к 7 суткам, что характеризуется стабилизацией расширения. Стойкость такого бетона увеличивается благодаря мелкопористой структуре с небольшим объемом капиллярных пор. Образующийся ГСАК заполняет открытые поры бетона и переводит их в условно замкнутые. При этом образовавшийся ГСАК в качестве непроницаемой оболочки не позволяет влаге в бетоне интенсивно проникать из открытых пор в условно замкнутые поры, поэтому условно замкнутые поры долго остаются «резервом». Таким образом, деструктивные процессы, возникающие, например, при циклическом воздействии замораживания и оттаивания, компенсируются плотной структурой бетона в напряженном состоянии. Установлено, что при введении 10-15% РД в состав вяжущего морозостойкость и водонепроницаемость бетона увеличивается в 1,5–2 раза по сравнению с обычным бетоном на базовом портландцементе.

Таблица 3 — Результаты испытаний образцов бетона на морозостойкость

Иглообразные кристаллы эттрингита перекрывают сечение мелких пор и делают

их практически непроницаемыми (условно непроницаемыми), что подтверждается повышенной водонепроницаемостью бетона. С другой стороны, кольматация пор уменьшает усадку бетона, так как растущие кристаллы эттрингита повышают давление на стенки пор, уменьшая количество воды, удаляя ее из микропор.

Такие свойства бетонов с компенсированной усадкой, как плотная структура и

непроницаемость, трещиностойкость в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливают эффективность применения бетона с КУ в различных конструкциях большой протяженности. В частности, для покрытия полов в производственных помещениях мясокомбинатов был применен декоративный бетон с компенсированной усадкой. В процессе эксплуатации такие конструкции, как правило, подвергаются воздействию различных агрессивных сред: солей, крови, желчи, бактерий, грибков и др. На диаграмме (рис.3) представлено изменение прочности бетонов при воздействии агрессивных сред (эксперимент проводится на Клинском мясокомбинате).

Рис 3 — Оценка изменения прочности бетонов с различными добавками

Приведенные исследования показали, что прочность образцов из бетона на портландцементе в возрасте 90 сут. снизилась на 52%, — и наблюдалось шелушение поверхности. При введении биоцидной добавки прочность бетона на сжатие в этой среде снизилась на 15%. На поверхности этих серий образцов наблюдались моховидные образования. В то же время в образцах из бетона с расширяющей добавкой того же состава прочность на сжатие и растяжение при изгибе увеличилась на 10-25%. Следов разрушения и отложения бактерицидных образований не наблюдалось при испытании в течение 100 суток. К покрытиям бетонных полов предъявляются такие специальные требования как стойкость к ударным воздействиям и истираемость. Результаты представлены в таблице 4. Установлено, что истираемость образцов из бетона с компенсированной усадкой 17 в 1,5 раза ниже, чем у образцов из обычного бетона на базовом портландцементе.

Таблица 4 — Результаты испытаний бетонов на истираемость

Эти экспериментальные данные нашли подтверждение при эксплуатации декоративных полов из бетона с компенсированной усадкой в цехе разделки мясопродуктов на мясокомбинатах «Кампомос», «Велком», «Микомс» площадью 16400м2 . Опыт эксплуатации в течение 10 лет показал, что прочность покрытий за этот период увеличилась на 15-20%, следов разрушения не наблюдалось. Развитие деформаций усадки у бетонов на различных вяжущих оценивали в возрасте до 300 суток (рис.4).

Рис.4 — Изменение деформации усадки бетонов во времени

Экспериментально определено, что деформации усадки у образцов из бетона с РД снизились на 16%, на напрягающем цементе — на 25%, а на портландцементе увеличились в 2 раза.

Эти данные были использованы при расчете конструкций большой протяженности подземных частей сооружений, в частности, фундаментных плит. К таким конструкциям, помимо специальных требований по износостойкости и ударным воздействиям предъявляются повышенные требования по трещиностойкости и водонепроницаемости. Для конструкций, имеющих длину более 100м, была разработана специальная технология бетонирования, возведение которых должно производиться блоками из бетона с компенсированной усадкой со вставками из напрягающего бетона.

Для массового применения бетонов на КУ были разработаны различные варианты введения расширяющей добавки, как на бетонном заводе, так и на стройплощадке. Физико-механические показатели бетонов с КУ при различных схемах введения добавки не отличались по своим значениям.

Результаты исследований и накопленный опыт позволили применить бетоны с компенсированной усадкой и напрягающие бетоны для возведения ограждающих конструкций подземных частей жилых и общественных зданий в объеме более 100000(сто тысяч) м 3 . Обеспечение водонепроницаемости и монолитности конструкций большой протяженности дало возможность отказаться от использования любой гидроизоляции ограждающих конструкций подземных сооружений, сократить сроки строительства, уменьшить трудозатраты и сроки межремонтных работ.

При участие автора разработана технология и возведены конструкции подземной части объектов: ТОК «Атриум», ЦВЗ»Манеж», офисных центров в г.Москве по адресу: шоссе Энтузиастов, вл.2-4, Лефортовский вал 15/3,стр.1, автоматизированного склада г.Одинцово Московской области.

Экономический эффект применения бетонов с компенсированной усадкой в фундаментных плитах составляет от 900 руб до 2432 руб на 1 кв метр поверхности за счет отмены гидроизоляции типа «Voltex», «Тефонд», «Рапифлекс», «Сармафил» и др. При этом сократились сроки строительства и трудозатраты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа результатов экспериментально-теоретических исследований определены оптимальные количества расширяющих добавок различных типов для получения бетонов с компенсированной усадкой. Для массового применения таких бетонов были рекомендованы добавки сульфоалюминатного типа..

2. Методом планирования эксперимента выполнен подбор состава бетона с компенсированной усадкой при введении различного количества расширяющей добавки. Определены граничные значения количества расширяющей добавки для получения бетонов с различной энергией самонапряжения. Разработана математическая модель подбора составов бетонов с компенсированной усадкой и напрягающих бетонов, позволяющая за счет варьирования количества вводимой расширяющей добавки при одном и том же расходе портландцемента получать бетоны с заданными физико-механическими показателями.

3. Проведенные исследования показали, что физико-механические показатели бетона с РД не уступают по своим характеристикам бетонам на напрягающем цементе. Определено оптимальное количество расширяющих добавок для бетонов различного назначения: — для получения бетонов с компенсированной усадкой – до 10% РД; — для напрягающих бетонов – до 15% РД.

4. Экспериментально доказано, что современные пластифицирующие и противоморозные химические добавки могут быть использованы для получения бетонной смеси с РД без снижения прочности, самонапряжения, водонепроницаемости бетонов. Установлено, что благодаря повышенной экзотермии бетонов с КУ возможно не применять противоморозные добавки при температуре до –5 оС, а при более низких температурах (до –15оС) количество противоморозной добавки может быть снижено на 10÷15%.

5. Выявлено, что с увеличением количества расширяющей добавки способствует изменению мелкопористой структуре бетона с КУ и позволяет повысить не только водонепроницаемость и морозостойкость бетона, но и стойкость при воздействии биологически активных сред по сравнению с бетонами на базовом портландцементе. Полученные данные были успешно подтверждены более чем 10-летней эксплуатацией монолитных конструкций полов мясокомбинатов на площади более 15 тыс.м 2 на заводах «Компомос», «Велком», «Микомс» и др. 20

6. Внедрены технологические схемы введения расширяющих добавок в бетонную смесь на заводе и в условиях стройплощадки при достижении равных показаний физико-технических характеристик бетонов с компенсированной усадкой для всех способов введения.

7. Предложена схема бетонирования ограждающих конструкций подземных частей зданий большой протяженности для обеспечения бесшовностии, трещиностойкости и водонепроницаемости конструкций. По разработанной технологии уложено около 100 тыс. м3 бетона в конструкциях подземных частей зданий без использования гидроизоляции.

Литература

Звездов А.И. Титов М.Ю. Бетон с компенсированной усадкой для возведения трещинностойких конструкций большой протяженности //Журнал «Бетон и железобетон» — №4(511) — 2001г

Титов М.Ю. Бетоны с повышенной прочностью на основе расширяющих добавок// Журнал «Строительные материалы» -№2-2012г.

Звездов А.И., Титов Ю.Н.,Бейлина М.И.Титов М.Ю. Бесшовный монолитный бетонный пол //Патент на изобретение №2137730 от 14октября 1992 года

Звездов А.И., Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М., Лебедев А.О., Сиденко И.Л., Посысаев А.Н., Букреева Т.В. Титов М.Ю. Расширяющая добавка к цементу //Патент на изобретение №2137730 от 14октября 1992 года

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М. Титов М.Ю. Расширяющие добавки //ТУ 5743-023-46854090-98

Титова Л.А. Титов М.Ю. Повышение долговечности бетона применением расширяющих добавок //Сборник материалов конференции «Долговечность и защита конструкций от коррозии» 25-27 мая 1999 г.

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М., Сиденко И.Л., Букреева Т.В. Титов М.Ю. 21 //Смеси сухие бетонные специальные ТУ 5745-010-00284345-99

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М. Титов М.Ю. Смеси растворные сухие гидроизоляционные// ТУ 5745-117-46854090-2001

Титова Л.А.,Бейлина М.И. Титов М.Ю. Расширяющие добавки для повышения долговечности конструкций //Журнал «Монтажные и специальные работы в строительстве» — №1- 2004г.

Титов М.Ю. Расширяющие добавки к бетону //Журнал «Инвестиции & строительство» — №9-10(38-39) — 2006г.

Титов М.Ю. Отмена гидроизоляции в конструкциях из бетона с расширяющей добавкой //Журнал «Популярное бетоноведение» — №2- 2009г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *