Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Анисимов Сергей Николаевич, ст. преподаватель, Поволжский государственный технологический университет, Йошкар-Ола; научные руководители — д-р техн. наук, проф. Л. М. Добшиц; канд. техн. наук, О. В. Кононова ; «Влияние температуры твердения на кинетику нарастания прочности цементных смесей наливного типа с кварцевым наполнителем»

Аннотация

В статье рассмотрено влияние температуры на ускорение роста прочности самоуплотняющихся смесей. Разработано техническое решение по использованию пластифицированных цементных композиций с кварцевым наполнителем с удельной поверхностью 100 м2 / кг для приготовления самоуплотняющейся смеси. Смесь использовалась для заполнения стыков сборно-монолитных каркасных конструкций. Исследования показали их высокую прочность и способность надежно защищать арматуру от коррозии.
Ключевые слова: цемент; суперпластификатор; самоуплотняющаяся наливная смесь; прочность; температура твердения; коррозионная стойкость.
Ускорение темпов строительства и возрастание требований к качеству возводимых конструкций во многом предопределено присутствием на рынке современных строительных материалов модифицированных бетонов, а также сухих и растворных смесей. Область их применения распространяется на строительно-монтажные и ремонтно-восстановительные работы. Их массовое применение в строительстве позволяет повысить качество и производительность работ, сократить сроки строительства [1, 2, 3].
К числу наиболее эффективных ремонтно-восстановительных составов относят модифицированные растворные смеси наливного типа. При смешивании с водой они образуют безусадочные нерасслаивающиеся составы, обладающие высокой удобоукладываемостью (расплыв при испытании в конусе Хегермана 270–290 мм), при твердении приобретающие прочность при сжатии до 85 МПа, при изгибе — до 9 МПа, средняя плотность при этом составляет 2200 кг / м3. Степень сцепления состава со сталью и бетоном достигает 2 МПа даже в агрессивной среде. На сегодняшний день поставщиками таких смесей являются в основном зарубежные компании BASF, «Weber» и др.

Главной проблемой, препятствующей широкому применению данной продукции, является их высокая стоимость. Известны эффективные отечественные ремонтные составы на основе глиноземистого цемента. Однако область их применения ограничена из‑за чувствительности к возможному повышению температуры в период твердения. Теоретические исследования приводят к выводу о возможности разработки составов самоуплотняющихся смесей, лишенных таких недостатков, как высокая усадка и низкая самоуплотняемость композиционных материалов на рядовых цементах с минеральными наполнителями, в определенных условиях приобретающих способность к ускоренному твердению [4, 5].
В рамках эксперимента нами разрабатывались самоуплотняющиеся смеси для заделки стыков сборно-монолитного железобетонного каркаса

Кинетика роста предела прочности при сжатии самоуплотняющихся смесей наливного типа с суперпластификаторами Glenium-SKY® 505 и Glenium® 51, МПа

Предел прочности при изгибе самоуплотняющейся растворной смеси наливного типа МПа, с суперпластификаторами Glenium-SKY® 505 и Glenium® 51 с наилучшими показателями

 

 

Составы и кинетика роста прочности самоуплотняющихся наполненных цементных композиций

 

многоэтажного здания. Эффект самоуплотнения достигался использованием в их составе суперпластификаторов на основе поликарбоксилатного эфира в сочетании с минеральным наполнителем. В качестве модифицирующих добавок применялись две разновидности поликарбоксилатных суперпластификаторов: Glenium® 51 и Glenium-SKY® 505. В качестве вяжущего использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5Б производства ОАО «Мордовцемент» с удельной поверхностью 360 м2 / кг. В качестве заполнителя — очень мелкий сухой кварцевый песок с модулем крупности 1, 2. Часть кварцевого песка размалывалась до достижения значения удельной поверхности 100 м2 / кг. В составы вводились смеси кварцевого песка и кварцевого наполнителя. Количество воды затворения и количество модификаторов подбиралось таким образом, чтобы обеспечивалась растекаемость смеси диаметром не менее 240 мм при испытании в конусе Хегерманна. При использовании суперпластификатора Glenium® 51 самоуплотняющаяся смесь была получена при водоцементном отношении (В / Ц), равном 0,34, а при использовании Glenium-SKY® 505, соответственно, при В / Ц = 0,36. Из самоуплотняющихся смесей заливались образцы балочки размером 40×40×160 мм, которые твердели в нормальных условиях при температуре 20 ± 2 °С и влажности воздуха 95 ± 5 %.

Составы и результаты исследования влияния химических модификаторов Glenium®51 и Glenium-SKY® 505 на кинетику роста прочности при сжатии и изгибе самоуплотняющихся смесей наливного типа приведены в табл. 1 и на рис 1 и 2.
Исследования показали, что суперпластификаторы Glenium® 51 и Glenium-SKY® 505 на основе поликарбоксилатного эфира в количестве не менее 1,5 % от массы цемента оказывают на смеси с кварцевым наполнителем выраженный эффект самоуплотнения, позволяя приводить смеси в литое состояние с расплывом конуса до 240 мм. Полученные модифицированные смеси имеют низкое водотвердое отношение, что положительно влияет на прочностные характеристики полученных образцов.

Состояние стальных пластинок с покрытием: а) без модификатора; б) с модификатором Glenium-SKY® 505

Сравнительная оценка эффективности применения двух суперпластификаторов на основе поликарбоксилатного эфира показывает, что самоуплотняющаяся смесь, модифицированная добавкой Glenium® 51, обладает более низким водоцементным отношением и более высокой механической прочностью.
Рациональное соотношение компонентов получено в смеси с добавкой Glenium® 51 при содержании кварцевого наполнителя 15,6 % (состав № 2 табл. 1). В возрасте 150 сут. смесь приобретает прочность при сжатии 90 МПа и прочность при изгибе 10,4 МПа.
Применение в самоуплотняющейся смеси добавки Glenium-SKY® 505 позволило получить образцы с прочностью при сжатии 33,3–37,0 в возрасте 28 сут. Рациональным признан состав № 4 (табл. 1) с модификатором Glenium-SKY® 505 с прочностью при сжатии 70 МПа и прочностью при изгибе 9 МПа в возрасте 150 сут.
Сравнительная характеристика двух суперпластификаторов на основе поликарбоксилатного эфира показывает, что самоуплотняющаяся растворная смесь, модифицированная Glenium® 51, обладает более низким водотвердым отношением при одинаковом расплыве конуса.
Все составы, приготовленные на рядовом по прочности цементе, продемонстрировали интенсивный набор прочности в период до 150 сут. и относительно низкую прочность в ранние сроки: в возрасте 3 сут. прочность всех составов находилась в диапазоне 11,1–13,5 МПа.
Выполнены исследования для оценки способности самоуплотняющихся смесей защищать от коррозии стальную арматуру. Для этого на очищенные пескоструйной обработкой поверхности стальных пластинок толщиной 0,5 мм и площадью 100×100 мм наносился слой самоуплотняющихся смесей толщиной 3 мм. Для нанесения применялись составы с модификаторами и контрольные составы без модификаторов. Пластинки с покрытиями хранились в условиях лаборатории в эксикаторах над водой в течение 150 сут. Через 150 сут. пластинки осматривались на предмет присутствия следов ржавчины. Для оценки степени адгезии и проверки развития процессов коррозии под покрытиями по поверхностям выполнились надрезы до стального основания.

Составы цементных смесей для исследования влияния температуры твердения на кинетику роста прочности

На рис. 3а представлено покрытие составом без модификатора, где хорошо видны явные следы коррозии, что свидетельствует о низкой адгезии и проницаемости немодифицированной смеси. Через 150 сут. не было обнаружено признаков отслоения модифицированных составов и не зафиксировано следов коррозии стали (рис. 3б).
Относительно низкая прочность составов в первые сутки твердения снижает эффективность их применения. В связи с этим изучено влияние температуры твердения в течение первых трех суток на кинетику роста прочности самоуплотняющегося состава с суперпластификатором Glenium® 51 и контрольного немодифицированного состава, приведенных в табл. 2.
Из смесей методом литья формовались образцы — кубы с ребром 20 мм. Образцы в течение первых трех суток твердели при температуре +20, +30 и +40 °С,после чего твердение образцов происходило при температуре +20 ± 2 оС и относительной влажности воздуха 95 ± 5 %. Исследования кинетики твердения самоуплотняющихся смесей предполагали исследование влияния изотермической температуры обогрева в первые трое суток на формирование прочности составов в период до 28 сут. Кинетика роста их прочности в зависимости от условий твердения представлена на рис. 4.

Прочность при сжатии смесей наливного типа в зависимости от содержания суперпластификатора Glenium® 51 и температуры твердения

Анализ результатов исследований, приведенных на рис. 4, позволяет сделать вывод о том, что введение суперпластификатора Glenium® 51 в количестве 1,5 % от массы цемента сдерживает рост прочности самоуплотняющегося состава в первые сутки твердения при температуре +20 ± 2 °С практически в пять раз. Но в возрасте 28 сут. самоуплотняющийся бетон приобретает на 47 % более высокую прочность. Повышение температуры обогрева в первые трое суток с +20 до +30 °С и до +40 °С способствует интенсификации твердения этих же составов на 13–27 %, что может существенно повысить темпы строительно-монтажных и ремонтных работ. Обогрев модифицированной самоуплотняющейся смеси при температуре +40 ± 2 °С в течение 2 сут. позволяет получить прочность около 30 МПа, что составляет 85 % прочности этой же смеси в возрасте 28 сут., твердевшей весь период при +20°С.
Самоуплотняющийся состав применен для заделки стыков железобетонных конструкций сборно-монолитного каркаса многоэтажного здания в зимний период с обогревом, где он показал при интенсивном наборе прочности в ранние сроки соответствие требованиям текучести, нерасслаиваемости и способности прокачиваться через узкие монтажные отверстия в полости стыков железобетонных конструкций.

Выводы

1. Применение суперпластификаторов Glenium® 51, Glenium-SKY® 505 на основе поликарбоксилатного эфира позволяет получать самоуплотняющиеся смеси при низком водотвердом отношении, что положительно влияет на прочностные характеристики полученных составов. Полученные составы способны эффективно сохранять стальную арматуру от коррозии.

2. Недостатком самоуплотняющихся составов с суперпластификатором Glenium® 51 и Glenium-SKY® 505 является замедление роста прочности в ранний период твердения. Повысить кинетику роста ранней прочности можно умеренным обогревом при температуре +30 … +40°С.

3. Самоуплотняющийся состав применен для заделки стыков железобетонных конструкций сборно-монолитного каркаса многоэтажного здания в зимний период с применением умеренного обогрева.

Литература

1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика, 2‑е изд., перераб. и доп. М.: Технопроект, 1998. С. 768.

2. Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н. Кинетика набора прочности цементного камня с модифицирующими добавками // Цемент и его применение, 2011, № 4. С. 104–107.

3. Люк К., Ляховски Е.Е. Изменения, происходящие в цементном камне с минеральными добавками за двадцатилетний период // Цемент и его применение, 2011, № 1. С. 76–80.

4. Хердтл Р., Дитерманн М., Шмидт К. Долговечность бетонов на основе многокомпонентных цементов // Цемент и его применение, 2011, № 1. С. 76–80.

5. Self-Compacting Concrete Technology: Self-Compacting Concrete Applications of Self-Compacting Concrete in Japan, Europe and the United States, June 24, 2010. http://www.сivilengineer. asia / technology. html 250 (дата обращения: 12.03.2011).


"Во-первых, спасибо за приглашение, строительная конференция прошла на европейском уровне и была очень хорошо организована. У меня появилось много интересных контактов с людьми со всех уг...
"Это мой первый визит в Россию. Интересные доклады. Получил много новых впечатлений и новый опыт."

Информационные партнеры