Строительная отрасль ХХI века предлагает широчайших спектр технологий по улучшению физико-механических свойств конструкционных изделий. Несомненно, такая ситуация является адекватным ответом рынка на увеличение темпов строительства и заинтересованности потребителей в получении качественных и недорогих строительных материалов. Особое внимание здесь уделяется тяжелому бетону. На сегодняшний день довольно сложно представить данный материал, применяемый практически на всех стройплощадках и заводах ЖБИ, в «классическом» виде: цемент, вода, крупный и мелкий заполнитель. Современная технология бетона базируется на применении химических модификаторов различного типа и действия, позволяющих регулировать его свойства. В частности, для повышения прочности бетона, подвижности, снижения трудоемкости бетонных работ в состав бетона вводят суперпластификаторы на основе поликарбоксилатного эфира [1,2,3]. Зарубежный и отечественный опыт их применения показал, что суперпластификаторы на базе эфиров поликарбоксилатов - PCE способны снизить водопотребность бетонной смеси до 30%, увеличить подвижность до марки П4 - П5, значительно повысить характеристики проектной прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, самоуплотняемости [6]. Также, в отличие от традиционных суперпластификаторов сульфированного меламина и нафталина (SMFC и SNFC), действие которых основано на электростатическом отталкивании частиц цемента, РСЕ используют объемную цепь полимеров для создания стерического эффекта. В зависимости от типа цемента,современные технологии позволяют получать поликарбоксилаты с различной полимерной структурой, что значительно расширяет их диапазон эффективного использования [2].
Среди основных недостатков РСЕ следует отметить вовлечение воздуха, а также длительный пластифицирующий эффект, который может негативно влиять на раннюю прочность бетона, что, несомненно, отразится в виде снижения скорости бетонных работ[4,5]. Для интенсификации набора ранней прочности предлагаются добавки-ускорители. Роль данных модификаторов заключается в активизации процесса гидратации цемента, что приводит к ускоренному образованию продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. За счет ускорителей твердения бетона можно снизить расход цемента, увеличить оборачиваемость опалубки.
Химические модификаторы для бетона в России представлены как отечественными (Полипласт), так и иностранными производителями(Sika, BASF). В последнее время на рынок добавок для бетона активно продвигаются компании из стран СНГ (Frem).
Целью исследования является изучение влияния комплексного применения PСE суперпластификаторов и ускорителей твердения на прочность тяжелого бетона.
Материалы и методы исследования
Исследовано влияние содержания добавок PCE суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X – SEED100 компании BASF на прочность тяжелого бетона. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ 42,5Н производства ОАО «Ульяновский цемент». В качестве крупного заполнителя применялся щебень фракции 5-20 мм. В качестве мелкого заполнителя применялся песок кварцевый модулем крупности Мк=1,9. Добавки вводились в бетон одновременно с последней 1/3 частью воды затворения. Содержание PСE суперпластификаторов в бетоне варьировалось от 0,6 до 1 % от массы цемента. Содержание ускорителя X – SEED100 составляло 0,5 % от массы цемента.
Результаты исследования и их обсуждение
В таблице представлены составы бетонных смесей подвижностью П2. Из них формовались образцы-кубы размерами 10х10х10 см. и испытывались на сжатие в возрасте 1, 3 и 28 суток. Анализ результатов показывает, что присутствие комплексного модификатора в бетоне позволяет снизить водопотребность смеси на 17-30%(см. № 3,9,10) при условии сохранения равноподвижности.
|
№п/п |
Масса щебня, кг/м3 |
Масса песка, кг/м3 |
Масса цемента, кг/м3 |
В/Ц |
GleniumACE 430, в % от массы цемента |
X-CEED100, в % от массы цемента |
|
1 |
1180 |
690 |
400 |
0,300 |
1% |
0,5% |
|
2 |
1280 |
640 |
375 |
0,316 |
1% |
0,5% |
|
3 |
1380 |
590 |
345 |
0,294 |
1% |
0,5% |
|
4 |
1180 |
690 |
400 |
0,313 |
0,8% |
0,5% |
|
5 |
1280 |
640 |
375 |
0,320 |
0,8% |
0,5% |
|
6 |
1380 |
590 |
345 |
0,319 |
0,8% |
0,5% |
|
7 |
1180 |
690 |
400 |
0,328 |
0,6% |
0,5% |
|
8 |
1280 |
640 |
375 |
0,330 |
0,6% |
0,5% |
|
9 |
1380 |
590 |
345 |
0,352 |
0,6% |
0,5% |
|
10 |
1180 |
690 |
400 |
0,424 |
- |
- |
|
11 |
1180 |
690 |
400 |
0,348 |
0,8% |
- |
|
12 |
1180 |
690 |
400 |
0,311 |
0,8% |
1% |
На рисунке 1 приведено влияние добавок на прочность тяжелого бетона. Установлено, что с повышенное содержание PCE суперпластификатора не только снижает водопотребность, но и увеличивается период времени схватывания цементного теста. Исследования показали, что график зависимости при комплексном применении суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-CEED 100в целом имеет одинаковый характер. Наблюдается увеличение прочности в три раза образцов с содержанием PCE и ускорителя твердения в сравнении с образцом без модификаторов на первые сутки, в два раза на 3- и сутки, 1,5 раза на 28- е сутки. Применение комплексного модификатора в соотношении 0,8% Glenium ACE 430 и 0,5%X-CEED 100 от массы цемента позволяет получить прочность на первые сутки до 16 МПа. Применение суперпластификатора без ускорителя снижает прочность бетона на 5 % в сравнении с бездобавочным образцом, однако, на 3 и 28 сутки наблюдается прирост прочности на 18% и 22% соответственно. Наилучший показатель прочности на 3 и 28 сутки составил образец с содержанием РСЕ 1% и ускорителя твердения 0,5% от массы цемента 38МПа и 65МПа соответственно.
Рис. 1. Влияние содержания суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-SEED 100 на прочность бетона при расходе цемента 400 кг/м3
На рисунке 2 приведен график зависимости прочности бетона при комплексном применении суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-CEED 100 при различном содержании цемента. Установлено, что уменьшение количества вяжущего до 345 кг/м3 не изменяет характера набора прочности на 3 и 28 сутки. Прочность бетона снижается в 1,5 раза на первые сутки с уменьшением расхода цемента. Получены результаты по прочности 36 МПа и 36,5 МПа на 3 –и сутки при комплексном применении модификатора и расходе цемента 345 кг/м3 и 375 кг/м3 соответственно. Наилучший показатель прочности бетона 63,9 МПа на 28 сутки показал состав с расходом цемента 375кг/м3.
Рис. 2. Влияние содержания суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-SEED 100 на прочность бетона при расходе цемента 345 кг/м3 и 375 кг/м3
На рисунке 3 рассмотрена зависимость влияния содержания суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-SEED 100 в количестве0,8% и 1% от массы цемента соответственно на прочность бетона.
Рис. 3. Влияние содержания суперпластификатора Glenium ACE 430 и ускорителя твердения X-SEED 100 на прочность бетона
Исследования показали, что, несмотря на незначительное снижение водоцементного отношения, скорость твердения бетона увеличилась незначительно: на первые сутки -16,2 МПа, на 2 сутки – 27,9 МПа, на 3 сутки – 38,2 МПа. Установлено, что ускоритель твердения X-SEED 100 также способствует водопонижению бетонной смеси. Следует отметить, что увеличение дозировки ускорителя твердения X-SEED 100 при совместном использовании РСЕ с 0,5% до 1% не оправдано.
Выводы
-
Применение комплексного модификатора в бетоне позволяет снизить водопотребность смеси на 17-30% при условии сохранения равноподвижности.
-
Наблюдается увеличение прочности в три раза образцов с содержанием PCE и ускорителя твердения в сравнении с образцом без модификаторов на первые сутки, в два раза на 3- и сутки, 1,5 раза на 28- е сутки.
-
Целесообразно снижение расхода цемента от 400 кг/м3 до 345 кг/м3т.к. это не приводит к резкому снижению прочности бетона с комплексным модификатором.
Рецензенты:
Минаков Ю.А., д.т.н., профессор кафедры Строительных материалов и технологии строительства ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Краснов А.М., д.т.н., профессор кафедры Строительных материалов и технологии строительства ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.