В практике современного строительства актуально решение задач, направленных на дальнейшее совершенствование отечественной технологии производства бетонов [7].
Производство товарного бетона полностью зависит от динамики развития строительной отрасли. Поэтому рынок довольно чувствительно отреагировал на экономическую ситуацию последних лет, в том числе связанную с кризисом, санкциями, уменьшением количества крупномасштабных инфраструктурных проектов и резким падением национальной валюты в 2014 г., что отразилось на повышении цен на бетон и снижении его прочностных показателей [6].
Сложившаяся ситуация послужила толчком к интенсивному развитию отечественных технологий производства добавок в бетон. Применение химических добавок является одним из наиболее универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Если ранее наиболее широко в строительстве использовались однокомпонентные химические продукты и модифицированные отходы промышленности, то в настоящее время представляется перспективным синтез и применение новых химических модификаторов полифункционального действия, снижающих водоцементное отношение и не увеличивающих индукционный период твердения [1, 2, 4]. Планы развития отечественной стройииндустрии на современном этапе предусматривают значительное расширение производства бетонных смесей с применением эффективных комплексных модифицирующих добавок.
При возведении монолитных железобетонных конструкций наиболее удобны и поэтому чаще применяются высокоподвижные бетонные смеси марок П3 - П5, которые обладают повышенной водопотребностью. Повышенная водопотребность подвижных бетонных смесей приводит к росту расхода цемента в бетонах. Следует отметить, что действующие в Российской Федерации стандарты производства бетона предполагают высокую удельную емкость цемента [6]. Среднее содержание цемента в бетоне российского производства составляет около 350 кг на 1 м3 бетона. Это существенно выше, чем в большинстве развитых промышленных стран мира, где сегодня значительно возросло производство самоуплотняющихся бетонов, модифицированных суперпластификаторами на основе поликарбоксилатных эфиров [6]. Химические добавки на основе поликарбоксилатных эфиров позволяют получать самоуплотняющиеся и квазисамоуплотняющиеся бетонные смеси при одновременном снижении водопотребности на 20–30 % в рамках равноподвижности. Кроме этого, их использование в составе бетонных смесей значительно повышает показатели проектной прочности, плотности (до 5 %), водонепроницаемости (марка W8и более), морозостойкости (марка F300 и выше) и самоуплотняемости бетонов [1; 3; 4].
Сегодня на российском рынке модифицирующих добавок представлен широкий спектр новых добавок отечественных компаний «Полипласт», «Глобал Трейд», «ГидроСар» и др. [2; 5; 8]. В частности, перспективна добавка производства ООО «Глобал Трейд», которая рекомендуется для повышения комплекса эксплуатационных свойств бетонов и строительных растворных смесей – прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, коррозиостойкости, а также для ускорения набора прочности [8]. С учетом повышенной удельной емкости цементов в бетонах необходима оценка эффективности применения добавки HydroProtectE1 в бетонах из высокоподвижных смесей с пониженным содержанием цемента.
Целью исследования являлось изучение влияния модификатора HydroProtect E1 на кинетику роста прочности малоцементных тяжелых бетонов, приготовленных из высокоподвижных бетонных смесей.
Материалы и методы исследования
В качестве добавки в бетоны применялся модификатор HydroProtect E1 производства ООО «Глобал Трейд». В качестве вяжущего использовался портландцемент ЦЕМ 42,5Н производства ЗАО «Ульяновскцемент». Бетон приготавливался на плотном доломитовом щебне фракции 5-20 мм. В качестве мелкого заполнителя применялся мелкозернистый природный кварцевый песок с модулем крупности 1,9. Водный раствор добавки HydroProtect E1 вводился в бетонную смесь вместе с водой затворения. Водный раствор добавки готовился в соотношении вода : добавка =1 : 1по массе. Для затворения бетона использовалась вода при температуре +15…+20° С. Содержание добавки HydroProtect E1 в составах бетонов варьировалось в диапазоне от 1 до 5 % от массы цемента. Исследованы составы с подвижностью П3 с содержанием цемента от 250 до 350 кг на 1 м3 бетонной смеси. Из бетонных смесей формовались образцы-кубы размерами 100×100×100 мм, которые подвергались испытанию на прочность при сжатии в возрасте 1, 3, 7 и 28 суток хранения в нормальных условиях.
Результаты исследования и их обсуждение
Проанализирована водопотребность бетонных смесей. Составы равноподвижных бетонных смесей подвижностью П3 при различном содержании добавки HydroProtect E1 представлены в таблице. Сопоставление водопотребности составов с расходом цемента 250 кг/м3 показывает, что при соблюдении принципа равноподвижности повышение содержания модификатора HydroProtect E1 до 1–3 % от массы цемента в бетоне позволяет снизить расход воды в бетонной смеси на 4–8 % (составы № 1, 4, 10). Дальнейшее повышение содержания добавки до 5 % практически не снижает водопотребность смесей.
Контрольный бездобавочный состав № 10 с расходом цемента 250 кг/м3 отличается наибольшим водоцементным отношением – 0,67. При расходе добавки 3 % от массы цемента водоцементное отношение снижается до 0,61.
Понижению водоцементного отношения способствует как повышение содержания цемента, так и введение модификатора HydroProtect E1, что свидетельствует о наличии в бетоне с низким содержанием цемента структурно обусловленной пористости. Наименьшее водоцементное отношение 0,49 отмечено у состава № 6 с расходом цемента 350 кг/м3 и с добавкой HydroProtect E1 в количестве 3 % от массы цемента.
Составы равноподвижных бетонных смесей с добавкой HydroProtect E1
|
№ состава |
Расходы материалов на 1 м3 бетона |
Водоцементное отношение равноподвижных бетонных смесей марки П 4 |
||||
|
Цемент, кг |
Щебень, кг |
Песок, кг |
Вода, л |
HydroProtect E1, в % от массы цемента |
||
|
1 |
250 |
1200 |
800 |
160 |
1 |
0,64 |
|
2 |
300 |
1200 |
800 |
167 |
1 |
0,56 |
|
3 |
350 |
1200 |
760 |
175 |
1 |
0,50 |
|
4 |
250 |
1200 |
800 |
153 |
3 |
0,61 |
|
5 |
300 |
1200 |
840 |
161 |
3 |
0,54 |
|
6 |
350 |
1200 |
760 |
170 |
3 |
0,49 |
|
7 |
250 |
1200 |
800 |
163 |
5 |
0,65 |
|
8 |
300 |
1200 |
800 |
167 |
5 |
0,56 |
|
9 |
350 |
1200 |
760 |
175 |
5 |
0,50 |
|
10 |
250 |
1200 |
800 |
167 |
0 |
0,67 |
|
11 |
300 |
1200 |
800 |
172 |
0 |
0,57 |
|
12 |
350 |
1200 |
760 |
182 |
0 |
0,52 |
Исследована кинетика роста прочности бетонов во времени в зависимости от содержания добавки HydroProtect E1 и содержания цемента. Результаты исследования приведены на рисунках 1–3.
На рисунке 1 приведена кинетика роста прочности бетона при расходе цемента 250 кг/м3. Установлено, что при расходе модификатора 5 % от массы цемента не только не снижается водопотребность равноподвижных смесей, но и понижается прочность составов [5]. Причем понижение прочности составов № 7, 8 и 9 при расходе модификатора 5 % от массы цемента в сравнении с контрольными составами отмечено в течение всего периода твердения. Так, снижение прочности состава № 7 при расходе цемента 250 кг/ м3 под влиянием 5 % добавки через сутки твердения составило 18 %, и это снижение сохранилось в течение всего периода твердения до 28 суток.
Исследования показали, что наилучшие результаты по прочности, в сравнении с контрольными составами без добавок, имеют составы, содержащие 3 % модификатора HydroProtect E1 от массы цемента.
Рис.1. Влияние содержания модификатора HydroProtect E1 на прочность бетона при расходе цемента 250 кг/м3
Установлено увеличение прочности этих составов бетона в возрасте 3 суток на 23 %, в возрасте 28 суток – соответственно, на 26 %. Введение в бетон с расходом цемента 250 кг модификатора в количестве 1 % не оказывает существенного влияния на прочность бетона. Таким образом, при низком расходе цемента (250 кг/м3) рациональным следует признать содержание исследуемой добавки в количестве 3 % от массы цемента (состав № 4). Этот состав бетона в возрасте 7 суток набрал прочность при сжатии 22,6 МПа, а в возрасте 28 суток 37,7 МПа соответственно.
Повышение содержания цемента в бетоне до 300 кг/м3 не оказывает существенного влияние на рациональную дозировку модификатора HydroProtect E1 в бетоне.
На рисунке 2 приведен график кинетики роста прочности бетона при содержании цемента 300 кг/м3с добавкой HydroProtect E1. Установлено, что введение 1 % модификатора (состав № 2) способствует увеличению прочности бетона в среднем на 8 % в течение всего периода твердения. Как и при содержании цемента 250 кг/м3 дозировка модификатора 5 % от массы вяжущего (состав № 8) способна привести к заметному снижению прочности бетона – на 14–25 % в сравнении с контрольным составом. Наилучшие прочностные показатели бетона при расходе цемента 300 кг/м3 также получены при содержании добавки 3 % от массы цемента (состав № 5): в возрасте 7 суток – 31,2МПа, в возрасте 28 суток – соответственно, 38,2 МПа.
Рис. 2. Влияние содержания суперпластификатора HydroProtect E1 на прочность бетона при расходе цемента 300 кг/м3
Рис.3. Влияние содержания суперпластификатора HydroProtect E1 на прочность бетона при расходе цемента 350 кг/м3
Сопоставление кинетики твердения бетонов с расходом цемента 250 и 300 кг/м3 показывают на различия в кинетике роста их прочности в начальный период твердения. Так, в возрасте 7 суток повышение расхода цемента от 250 до 300 кг привело к повышению прочности с 22,5 до 31,2 МПа. Таким образом, рост расхода цемента в бетоне может быть оправдан технической необходимостью достижения повышенной ранней прочности.
На рисунке 3 представлен график влияния содержания модификатора HydroProtect E1 на кинетику роста прочности бетона с расходом цемента 350 кг/м3.
Исследования показали, что при расходе цемента 350 кг/м3 рациональной следует признать дозировку добавки HydroProtect E1 – 1 % от массы цемента: на 7-е сутки прочность состава возросла до 32,4 МПа, а на 28 сутки – соответственно, до 42 МПа. Повышение дозировки добавки до 3 % не оказывает существенного влияния на дальнейший рост прочности бетона. При дальнейшем увеличении содержания добавки до 5 % бетон проявляет тенденцию к снижению прочности до значений контрольных составов, не содержащих добавки HydroProtect E1 (составы № 9 и 12).
Выводы
1. Исследования эффективности применения модификатора HydroProtect E1 в малоцементном тяжелом бетоне показали, что рациональное содержание добавки зависит от содержания цемента.
2. Установлено, что рациональная дозировка добавки HydroProtect E1 при расходе цемента 250–300 кг/м3 составляет 3 % от массы цемента. В условиях повышенных требований к ранней прочности рекомендуется повышение содержания цемента с 250 до 300 кг/м3. Для бетонов с содержанием цемента 350 кг/м3 рекомендуется применение 1 % добавки HydroProtect E1.
3. Установлено, что водопотребность равноподвижных модифицированных составов бетона снижается при увеличении содержания цемента и добавки HydroProtect E1. Полученный результат объясняется повышенной структурной пористостью исследуемых малоцементных бетонов.
Рецензенты:
Краснов А.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;
Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Библиографическая ссылка
Кононова О.В., Минаков Ю.А., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю., Смирнов А.О. ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ HYDRO PROTECT E1 НА ПРОЧНОСТЬ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ПРИ ПОНИЖЕННОМ СОДЕРЖАНИИ МИНЕРАЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21283 (дата обращения: 10.05.2025).