Metnn.ru

Строй портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочность бетона; от чего зависит и на что влияет

Прочность бетона — от чего зависит и на что влияет?

Бетон является наиболее распространенным строительным материалом. Первое его появление связывают с Древним Римом. Там из него делали купола и арки. Так что рецепт этого материала известен уже очень давно. Со временем его использование становилось все более широким, а рецептура изменялась. Повышались качества стойкости ко внешним воздействиям — влаге, температуре, ветру и механическим воздействиям. Сегодня будем говорить о прочности бетона — одной из его важнейших характеристик.

Прочность природных материалов очевидна и понятна, а у бетона это комплексная величина, зависящая от разных факторов, в которых мы сейчас и разберемся.

Факторы, влияющие на прочность бетона

Бетон производится из цемента, заполнителей и воды. Смесь закладывается в опалубку (форму) и затвердевает. Этапы создания и затвердевания раствора оказывают свой эффект на прочность. Далее поговорим о факторах, влияющих на этот параметр.

Активность цемента

Активностью называется предел прочности образцов, улежавшихся 28 дней. По этому параметру цемент делится на марки. Именно от активности цемента зависит то, каким в итоге выйдет бетон.

Вот что влияет на активность цемента:

  • Помол и размеры гранул цемента. Тонкий помол способствует быстрому набору прочности. При этом средняя фракция дает высокую прочность к концу периода застывания. Портландцемент имеет помол, обеспечивающий удельную поверхность в 300-350 м2/кг. Если помол сделать тоньше, показатель вырастет до 400-450 м2/кг. Прочность будет набираться быстрее. Крупный помол может отрицательно сказаться на прочности. Он тяжело вступает в реакцию с водой. Даже спустя годы в бетоне могут обнаружиться зерна сухого цемента.
  • Хим. состав клинкера.Если в нем есть негашеная известь, цемент сохранит активность на долгое время.
  • Наличие примесей. Если в цемент есть окись магния — около 2%, то набор прочности ускорится. При этом активность цемента заметно снизится, если концентрация этого вещества увеличится.
  • Свежесть. 3-месячный цемент, хранящийся во влажной среде, снизит прочность на 60%. При хранении около месяца, прочность уменьшится примерно на 20%. Влага и углекислый газ приводят к появлению на частицах цемента новых образований, негативно влияющих на активность. При хранении быстротвердеющего материала, за месяц он становится обычным.

Для прочного бетона, следует выбирать свежий и тонкомолотый цемент.

Соотношение воды и цемента

Это важнейший показатель, влияющий на прочность состава. По количеству воды, смеси можно разделить на жесткие и подвижные. Подвижные при этом делятся на:

  • Малоподвижные — П1;
  • Универсальные — П2-П3;
  • Подвижные, не требующие уплотнения — П4;
  • Литьевые — П5.

Показатель подвижности измеряется конусом Абрамса. По степени осадки конуса определяется класс подвижности раствора.

Выходит что, чем меньше воды содержится в растворе, тем более прочным получится бетон.

В этой таблице представлено соотношение удобоукладываемости бетона в зависимости от его подвижности.

Добавление воды позволяет сделать бетон более пластичным. Он будет лучше забивать пустоты и хорошо уплотняться. Однако с другой стороны его прочность будет уменьшаться. Вот таблица изменения прочности бетона в зависимости от количества воды в растворе.

Для снижения количества воды в смеси, и при этом увеличения подвижности, используются пластификаторы. Параметры прочности остаются прежними, но работать с раствором становится гораздо удобнее. Другими полезными свойствами пластификаторов являются:

  • В смеси присутствует меньше воды, а значит можно использовать меньшее количество цемента. В некоторых случаях удается экономить до 10-20%. При ценах на материал, удастся сохранить хорошую сумму.
  • Смеси с пластификаторами легко укладываются и уплотняются. Иногда даже можно обойтись без обработки вибратором.
  • Пластификаторы увеличивают срок жизни бетонных смесей. Это очень важно, если их нужно доставлять на площадки. Также эти добавки помогают предотвратить расслаивание.
  • При заливке монолитного железобетона (фундаментов, армопоясов и т. д.), пластификаторы обеспечивают лучшую адгезию бетона и арматуры, что делает конструкцию надежнее.

При создании бетонных растворов могут также использоваться суперпластификаторы. Они предназначены не только для водоредуцирования, но также для регулирования времени застывания и повышения свойств морозостойкости.

Заполнители

Это другая важная составляющая бетонных смесей. Заполнители могут быть:

  • крупными — гравий, щебень;
  • мелкими — песок.

Фракция крупного заполнителя может быть размером в 20-100 мм. По этому параметру заполнители делятся на тяжелые и мелкозернистые. Виды и состав заполнителей регламентированы в ГОСТе 26633-2015.

Методы замеса

На прочность бетона влияет такой процесс как замешивание и обработка цемента. Это может быть:

  • мокрая активация;
  • виброактивация.

Мокрая активация производится так. В мешалку загружаются все компоненты, кроме песка. Постепенно подливается вода. Когда мешалка работает, заполнитель растирает цемент. Через 5 минут добавляются остальные ингредиенты. При такой процедуре цемент легко активируется. Даже лежалый материал быстро приходит в форму.

При виброактивации все компоненты перемешивают одновременно. При этом наполнение цемента влагой значительно увеличивается. Его активность повышается примерно на 30%.

Повышение активности лежалого цемента может производиться при помощи добавления пластификаторов.

Армирование

Залитая бетоном арматура является более крепким сооружением, нежели простая застывшая бетонная смесь. Вместо армирования или в дополнение к нему, может использоваться фибра разного вида. Она снижает риск возникновения трещин, уменьшает усадку и уплотняет материал.

Бетонная фибра — это многочисленные тонкие волокна соединенные между собой. Она добавляется в раствор при замешивании. Фибра может быть металлической, стекловолоконной, полипропиленовой, базальтовой.

Обработка при укладке

Прочность бетона зависит от отсутствия крупных пор и пустот при его укладке. Чтобы минимизировать их наличие, используется вибрирование. Для этого требуется специальное оборудование, большие трудозатраты и расход энергии. Обойтись без вибрирования можно при добавлении в раствор пластификаторов.

Условия затвердевания и уход за материалом

Цемент твердеет при высокой влажности. Это значит, что ее уровень должен поддерживаться пока раствор не достигнет хотя бы критической прочности.

Критическая прочность — это показатель прочности бетона, когда на его застывание уже не может ничего повлиять. Величина указывается в проектной документации. Обычно она составляет от 30 до 50% расчетного показателя материала. Некоторые виды раствора достигают критической прочности при 70%. В большинстве случаев критическая прочность достигается уже через 7 дней после заливки.

Влажность позволяет смеси находиться в постоянной реакции гидратации. Увеличение прочности происходит неравномерно. Самые сильные реакции происходят в первые несколько суток. Потом их интенсивность снижается. Это хорошо видно на графике:

Читайте так же:
Выставка цемент бетон сухие смеси список участников

За 28 дней бетон набирает расчетную прочность. Дополнительную прочность он может получать еще на протяжении нескольких месяцев.

Для набора расчетной прочности, надо создать комфортные условия. Влажность воздуха должна составлять около 100%, а температура около 20°С.

При большой сухости воздуха, поверхность бетона поливают водой и накрывают пленкой, чтобы сохранить влажность. Такое часто встречается летом.

Если уровень влажности опустится ниже 40%, твердение почти полностью прекратится. То же самое произойдет если температура опустится ниже 0°С.

В этой таблице показана зависимость прочности бетона разных марок и классов от температуры.

Если заливка бетона производится в зимний период, необходимо организовать его обогрев.

Как прочность бетона связана с показателями морозостойкости и водонепроницаемости?

Прочность бетона зависит от его плотности. При этом высокий уровень плотности отражается и на других свойствах материала.

Несмотря на высокую плотность, бетон остается пористым материалом. В нем встречается множество пор и “капилляров”, в которых могут развиваться плесень, грибки и микроорганизмы. Такое воздействие негативно воздействует на материал и может привести к его разрушению.

Если бетон находится под регулярным воздействием низких температур. Влага в его порах замерзает и расширяется. С каждым циклом заморозки и разморозки, трещины и повреждения становятся больше и опаснее, ведя в конечном счете к разрушению.

Именно поэтому для бетона так важна плотность. Чем он плотнее, тем меньше в нем пор. Это касается не только их количества, но и размера.

Чтобы улучшить гидрофобные качества бетона, применяются специальные добавки и мастики, пропитывающие застывший камень.

Зачем нужно знать прочность бетона?

При строительстве сооружений, важно знать какие нагрузки будут ложиться на фундамент. Так, деревянный дом гораздо легче кирпичного, и уж тем более многоэтажного.

При этом избыточная прочность бетона также не приветствуется, поскольку более высокий класс бетона обойдется дороже.

Разные типы работ предусматривают использование своего класса бетона:

  • легкий бетон В7,5 — подготовительные работы;
  • В12,5 — мощение дорожек и стяжек, основания для легких конструкций;
  • В15 — фундаменты для домов до 2 этажей;
  • В20 — ленточные фундаменты, лестницы, свободные перекрытия;
  • В22,5 — фундаментные основания, дорожки, монолитные стены;
  • В25 — фундаменты, стены, бассейны;
  • В30 — технические объекты и мосты;
  • В35 — дамбы, гидротехнические объекты;
  • В40 — мосты, метро, плотины, прочие конструкции с особыми требованиями.

Как определяется прочность бетона?

Чтобы присвоить определенному рецепту бетона класс, проводятся испытания кубических образцов с ребром 150 мм. В ходе испытаний образцы разрушаются особыми способами.

  • Метод отрыва и скалывания. Из куба выдергивается заранее сделанный стержень.
  • Метод вдавливания, с использования штампа и шарикового молотка.
  • Метод упругого отскока. Для этого метода применяется особый измеритель прочности бетона. При этом материал остается целым. Для проведения теста используется молоток Шмидта. Такой вариант можно использовать на готовых конструкциях, чтобы убедиться в их прочности.

Молоток Шмидта применяется не только для тестирования бетона, но также кирпича и прочих материалов. Устройства производятся с разной энергией удара.

Чтобы провести испытание при помощи молотка Шмидта, понадобится участок площадью не меньше 100 кв. см. Молоток приставляется перпендикулярно к зоне испытания. Удар не должен приходится на крупные раковины или арматуру. На всех участках производится по 10 замеров.

После удара замеряется значение отскока. По итогам всех испытаний вычисляется средняя величина и затем высчитывается прочность на сжатие.

Читайте так же:
Марка цементного раствора для заделки отверстий

Разделение бетонов по прочности

Классификация марок бетона по прочности использовалась в Советском Союзе. Сейчас они делятся на классы. Марка обозначалось буквой “М” и числом, которое обозначало среднее давление, которое может выдержать бетон. Оно измерялось в кг на кв. см.

Класс бетона обозначается буквой “В” и числом, соответствующим максимальной прочности бетона, измеряемой в Мпа.

Класс бетона является более точным показателем чем марка. Посмотреть приблизительное соответствие класса бетона его марке можно в этой таблице:

Заключение

Строительный материал, появившийся еще в древности, активно используется и сейчас. Он претерпел множество изменений. В современных смесях применяются разные добавки, улучшающие его свойства. Благодаря этому удается снизить финансовые и трудовые затраты, получая качественный и надежный материал с необходимыми характеристиками.

Класс прочности цемента

Вместо марок, в соответствии с ГОСТ 31108, введены классы прочности на сжатие. Значения классов прочности имеют вероятностный характер и установлены с доверительной вероятностью 95%. Для цементов всех классов прочности, кроме требований к прочности в возрасте 28 сут., дополнительно установлены нормативы по прочности в возрасте двух суток, за исключением классов 22,5Н и 32,5Н, а для цементов классов 22,5Н и 32,5Н – в возрасте 7 сут. Для всех классов прочности, кроме класса 22,5, введено разделение цементов по скорости твердения на нормальнотвердеющие и быстротвердеющие (табл.4.3.).

Таблица 4.3. Требования к физико-механическим свойствам цементов

Класс цемента по прочностиПрочность на сжатие, МПа, в возрастеНачало схватывания, мин. не ранееРавномерность изменения объема (расширение), мм, не более
2 сут. не менее7 сут. не менее28 сут.
Не менееНе более
22,5Н22,542,5
32,5Н32,552,5
32,5Б
42,5Н42,562,5
42,5Б
52,5Н52,5
52,5Б

Библиография

1. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материа­лы. М., 1986.

2. Шейкин А. Е. Строительные материалы. — М., 1978.

3. Воробьев В. А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов.-М., 1978.

4. ГОСТ 6139-91 (СТ СЭВ 6951-89) Песок стандартный для испытаний цемента. Технические условия

5. ГОСТ 31108-2003 Методы испытаний цемента. Технические условия.

6. ГОСТ 30744-2001 Методы испытаний цемента с использованием полифракционного пескаПОЛИФРАК4ЦИОННОГО

7. ГОСТ 310.1-76 Цементы. Методы испытаний. Общие положения ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определения тонкости помола

8. ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема

9. ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии

10. ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

11. ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия

12. ГОСТ 965-89 Портландцементы белые. Технические условия

13. ГОСТ 11052-74 Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся

14. ГОСТ 25328-82 Цемент для строительных растворов. Технические условия

15. ГОСТ 969-91 Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия

16. ГОСТ 15825-80 Портландцемент цветной. Технические условия

Контрольные вопросы

1. Какие неорганические вяжущие вещества называются
гидравлическими?

2. Что называется портландцементом?

3. Сырье для производства портландцемента.

4. Методики определения по ГОСТ 310.1– 310.3, 310.4, 310.5 и ГОСТ 30744:

— нормальной густоты цементного теста;

— сроков схватывания цементного теста;

— неравномерности изменения объема цементного
теста при твердении;

— нормальной консистенции цементного раствора.

5. Состав раствора, требования к песку, правила изготов­ления и условия твердения образцов-балочек при опре­делении активности, марки цемента и класса прочности по ГОСТ 31108 и ГОСТ 30744.

6. Минералогический состав портландцемента и свойства отдельных клинкерных минералов.

7. Химические процессы, происходящие при твердении портландцемента.

8. Структура цементного камня.

9. Правила испытания образцов-балочек на изгиб и поло­винок балочек на сжатие.

10. Что такое активность и марка портландцемента по ГОСТ 310.4 и класс прочности по ГОСТ 31108 и ГОСТ 30744.

Содержание

1. Цементы общестроительные

2. Специальные цементы

3. Современные требования к качеству общестроительных цементов в соответствии с ГОСТ 31108

4. Физико-механические испытания цементов

4.1. Определение тонкости помола цемента

4.2. Определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста

4.3. Определение нормальной густоты цементного теста

4.4. Определение начала и конца схватывания

4.5. Определение равномерности изменения объема

4.6. Определение активности и марки цемента

4.7. Определение прочности и класса прочности по ГОСТ 30744 и ГОСТ 31108.

Теоретическая часть

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

Клинкер получают обжигом до спекания однородной тонко дисперсной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака и т.д.). При этом обеспечивается преимущественное содержание в нем высокоосновных силикатов кальция (70—80 %). Гипс в портландцемент добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами.

По составу (ГОСТ 10178—76с изм.) различают портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент.

Читайте так же:
Красить фасад белым цементом

В портландцемент с минеральными добавками разрешается вводить гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки в количестве до 20% массы вяжущего, активные добавки осадочного происхождения не более 10%. Другие активные добавки (вулканического происхождения) допускается вводить до 15% массы получаемого цемента. Шлакопортландцемент должен еще содержать доменные или электротермофосфорные шлаки не менее 21 и не более 80% массы вяжущего. При производстве цемента для интенсификации процесса помола допускается введение специальных добавок в количестве до 1% массы вяжущего.

Свойства портландцемента

Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера. Вводимые в портландцемент добавки предназначены для их, регулирования.

Истинная плотность портландцементов без добавок в зависимости от химического и фазового состава, а также различных добавок колеблется в пределах 3,1-3,2 г/см 2 .

Схватыванием называется процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную прочность, прдкоторой ее механическая переработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). .Поэтому вяжущие вещества, в том числе и цементы, должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые дают возможность приготовлять растворные и бетонные смеси и использовать их в деле. Различают начало и конец схватывания теста из того или иного вяжущего. Условно в соответствии со стандартами эти сроки схватывания, определяют на тесте нормальной густоты при температуре 20±2°С по глубине погружения в него иглы прибора Вика. По ГОСТ 10178-76 (изм.) начало схватывания теста из, этого вяжущего должно наступать не ранее 45 мин., а конец схватывания не позднее 10 ч считая от момента смешения цемента с водой.

Определение прочности и марки цемента

Важнейшим свойством портландцемента является его способность твердеть при взаимодействии с водой и переходить в камневидное состояние. Чем выше механическая прочность затвердевшего камневидного тела (раствора, бетона) и чем скорее она достигнута, тем выше качество цемента или иного вяжущего вещества. Различают конечную прочность, которая может быть достигнута цементом при твердении, и скорость твердения, характеризуемую интенсивностью роста прочности твердеющего цемента во времени.

В соответствии с этим цементы, отличающиеся быстрым ростом прочности, называют быстротвердеющими, а если при этом достигается большая прочность, то и высокопрочными.

Механическую прочность затвердевших цементов можно оценивать различными способами, например по пределу прочности при сжатии, изгибе, растяжении и скалывания образцов той или иной формы. При этом подбор состава смесей, изготовление, хранение и испытание образцов осуществляют, строго выполняя требования, устанавливаемые соответствующими стандартами на то или иное вяжущее вещество в .той или иной стране. Возрастающее значение приобретают неразрушающие методы определения прочности цементов и бетонов с помощью ультразвуковых колебаний.

Тонкость помола цемента должна характеризоваться остатком на сите 0,08 не более 15,%.

Для определения прочности при изгибе и сжатии по, ГОСТ 310.1-76 и ГОСТ ,,ц 310.4-81 готовят балочки размером 40х40х160 мм из раствора цемента с температурой 20±3°С с песком состава 1:3 по массе, с применением вибрации в течении 3 минут на площадке с амплитудой 0,35 мм и частотой колебаний 3000 в 1 минуту. Для испытаний применяется стандартный песок по ГОСТ 6139-78. Растворы готовят при В/Ц=0,4, при этом их консистенция по расплыву конуса после; 30 встряхиваний на столике должна характеризоваться диаметром в пределах 106-115 мм.

О формировании ранней прочности цементного камня

Статья опубликована в журнале «Популярное Бетоноведение», №3 (2007)

www. betonmagazine. ru

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

О формировании ранней прочности цементного камня

Статья рассказывает о различных добавках, повышающих скорость набора прочности цемента.

Проблема формирования ранней прочности цементного камня приобретает всё большую актуальность в связи с увеличением строительных работ монолитным способом, с желанием ускорить оборачиваемость форм при производстве сборного бетона и железобетона, с возрастанием объёма ремонтных и восстановительных работ, в том числе при пониженных и отрицательных температурах. При этом, наряду с высокой скоростью набора прочности, к цементному камню предъявляются дополнительные требования: по улучшению внешнего вида, стойкости к воздействию агрессивных сред, долговечности.

Скорость нарастания прочности цементным камнем определяется множеством факторов: характеристиками вяжущих веществ, условиями их хранения и твердения, воздействием модифицирующих добавок.

Основные характеристики цемента, оказывающие влияние на кинетику нарастания прочности, следующие:

(1) фазово-минералогический состав цемента (активность цемента в ранние сроки зависит от содержания С3А и фазы алита, которые в клинкерах различных заводов изменяются в диапазонах 3–9 % и 54–65 % соответственно[monobor1] ) [1].

(2) вещественный состав цемента (цементы с активными минеральными добавками характеризуются замедленным набором прочности в ранние сроки, причём важную роль играет химический, фазовый состав добавок, их дисперсность).

(3) вид и количество сульфата кальция в составе. Оптимальное содержание сульфата кальция не только регулирует сроки схватывания цемента, но способствует увеличению как начальной, так и конечной прочности. Гидратация цемента на ранней стадии зависит от скорости выделения в раствор ионов Са2+ и SО42–, то есть от химической и физической природы сульфата кальция (полугидрат и растворимый ангидрит выделяют ионы быстрее, чем ангидрит). Оптимальное содержание сульфата кальция в составе цемента зависит от содержания С3А и щелочей в цементе.

Читайте так же:
Цементная стяжка стен это

(4) наличие щелочей в цементе приводит к повышению ранней прочности, но снижает, как правило, прочность в поздние сроки твердения.

(5) тонкость помола цемента, его гранулометрический состав. Чем тоньше цемент, тем интенсивнее он гидратируется. Однако повышение водопотребности, высокие энергетические затраты на помол, снижение времени хранения, в течение которого гарантируется способность к быстрому набору прочности, определяют оптимальную величину удельной поверхности 350–400 м2/кг. Наряду с удельной поверхностью цемента, важной характеристикой является гранулометрический состав. Так, в жёстких смесях содержание частиц менее 5 мкм ≈20 %, частиц более 80 мкм — не более 1 %. При этом следует учитывать, что в наиболее тонко размалываемых фракциях цемента 1 % гипса вносит 15 % в увеличение суммарной удельной поверхности [2].

Несмотря на то, что вышеперечисленные факторы складываются в процессе производства цемента, потребителям цемента необходимо учитывать их при проектировании цементного камня с высокой ранней прочностью.

Мировая тенденция состоит в постоянном ухудшении качества сырьевых материалов как для производства вяжущих веществ, так бетонов и растворов. В связи с этим особенную актуальность приобретает применение широкого спектра химических добавок, которые обеспечивают снижение водопотребности (В/Ц), повышают пластичность растворных и бетонных смесей, ускоряют твердение, регулируют структуру камня. Обобщение действия модифицирующих добавок на свойства растворов и бетонов представлены в работах [3, 4].

Мировая тенденция состоит в постоянном ухудшении качества сырьевых материалов как для производства вяжущих веществ, так бетонов и растворов.

Водоредуцирующие (водопонижающие) добавки — это пластификаторы, которые позволяют снизить В/Ц на 15–50 %, повышают подвижность растворных смесей. В качестве данного вида добавок используются лигносульфонаты, сульфонированные нафталинформальдегидные полимеры (СНФ), сульфонированные меламинформальдегидные полимеры (СМФ), а также гиперпластификаторы на основе поликарбоновых кислот. Добавки в виде порошков или водных растворов вводятся в сухую смесь или в процессе приготовления растворов и бетонов. Значительное снижение В/Ц объясняется адсорбцией добавок на гидратирующихся цементных зёрнах и уменьшением их слипания между собой. Гиперпластификаторы нового поколения обеспечивают снижение В/Ц благодаря созданию стерических препятствий, которые не сдерживают гидратацию цемента, обеспечивая возможность повышения прочности цементного камня и бетона не только в ранние сроки (1 сут.), но и в более поздние сроки твердения. При этом следует учитывать, что эффективность действия супер — и гиперпластификаторов на ранних стадиях гидратации связана с фазово-минералогическим составом цемента, механизмом действия добавок [5], а также с взаимным влиянием комплексных добавок. На примере быстротвердеющих составов исследовано совместное влияние поликарбоксилатных гиперпластификаторов различных марок в сочетании с замедлителями схватывания — винной и лимонной кислотой, которые обеспечивают повышение жизнеспособности растворных смесей (рис. 1, 2). Растворные смеси, которые содержат гиперпластификатор в сочетании с лимонной кислотой, характеризуются меньшей жизнеспособностью и более низкой прочностью в ранние сроки твердения по сравнению с растворными смесями, в которых гиперпластификаторы применяются совместно с винной кислотой. Кроме того, в сочетании с винной и лимонной кислотой оптимальные свойства растворным смесям и растворам придают различные марки гиперпластификаторов — с винной кислотой — Melflux 2651F (SKW, Германия), с лимонной – ViscoCrеte 105P (Sika).

Другим перспективным направлением в разработке высокопрочных цементных систем является производство уплотнённых систем с ультрадисперсными наполнителями. Это могут быть промышленные отходы в виде тонкодисперсного кремнезёма. Высокопрочные материалы создаются на основе модифицированных систем на основе ПЦ, микрокремнезёма и суперпластификатора. Оптимальное содержание МК в бетоне — до 30 %. При этом отмечается формирование высокой прочности материалов (>40 МПа) в ранние сроки твердения (1 сут.) [3].

В мировой литературе имеется значительное количество публикаций по выяснению механизма действия МК в цементных системах. Многие исследователи относят МК к суперпуццоланам, гораздо более эффективно быстродействующим, чем другие виды пуццоланов. Причём, не все частицы микрокремнезёма реагируют одновременно [4]. С помощью сканирующего электронного микроскопа показано, что большинство частиц МК растворяются в течение 24 ч, тогда как другие не вступают в реакцию даже через месяц после затворения. Исследованиями установлено практически полное отсутствие пиков портландита в составах с добавкой МК. Это позволяет сделать вывод о том, что портландит, образованный в ходе гидратации C3S и C2S, соединяется с МК с образованием C-S-H-геля.

Положительное действие микрокремнезёма объясняется значительным улучшением микроструктуры гидратированных цементных паст вблизи заполнителя с формированием менее пористого переходного слоя в бетонах с МК, состоящего из плотного геля С-S-Н вместо рыхлых кристаллов портландита и эттрингита в контрольных составах. Отмечается, что прочность контактной зоны возрастает с увеличением количества введенного МК. Основным фактором в механизме действия МК является реакция взаимодействия диоксида кремния и гидроксида кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов типа С-S-Н (I) с соотношением CaO/SiO2=0,9–1,3.

Читайте так же:
Можно ли использовать цемент с землей

Установлено, что введение МК в состав цементного камня не изменяет общую пористость, но влияет на дифференциальную, увеличивая количество гелевых пор. Исследования по влиянию МК на прочность показали, что в ранние сроки (до 7 сут.) влияние МК на прочность обусловлено, главным образом, физическим эффектом, связанным с улучшением упаковки вяжущего и наполнителя в структуре. К 28 сут. проявляется и химический эффект, состоящий в повышении прочности за счёт взаимодействия с продуктами гидратации цемента.

Введение МК в состав цементного камня не изменяет общую пористость, но влияет на дифференциальную, увеличивая количество гелевых пор.

Исследования по влиянию добавок МК на свойства цементных сухих смесей показали, что при оптимальном введении в состав сухой смеси не более 5 % массы МК повышается прочность растворов как в ранние сроки твердения, так и через 28 сут. твердения. Эффективность действия МК возрастает в процессе эксплуатации растворов в условиях повышенной влажности воздуха и в воде. При этом зафиксировано повышение водонепроницаемости, долговечности, морозостойкости растворов.

В качестве добавок — ускорителей схватывания и твердения чаще всего используются соли неорганических и органических кислот. Наиболее эффективный ускоритель CaCl2 в последнее время применяется ограниченно, так как даже при введении в умеренных концентрациях до 2 % вызывает коррозию арматуры, из-за гигроскопичности поддерживает высокую постоянную влажность бетона.

Добавки на основе карбонатов, сульфатов, алюминатов, силикатов щелочных металлов ускоряют схватывание и твердение вяжущих. Однако применение щелочных ускорителей, например, гидратированных силикатов натрия [6], снижает прочность в более поздние сроки и может явиться причиной щелочной коррозии заполнителя в бетоне и растворе.

Наиболее широко применяемой в настоящее время добавкой-ускорителем для портландцемента являются соли муравьиной кислоты — формиаты кальция и натрия, которые по эффективности уступают CaCl2, но повышают прочность бетона в раннем возрасте, что объясняется повышенным (в 2,5 раза) образованием эттрингита в суточном возрасте. Причем эффект действия добавки связан с содержанием С3А в цементе.

Известным приёмом сокращения сроков схватывания портландцемента является введение в его состав глинозёмистого цемента или других добавок, содержащих в своём составе активные формы оксида и гидроксида алюминия [2]. При этом введение добавки глинозёмистого цемента приводит к снижению прочности по сравнению с отдельными цементами.

Исследование влияния большой группы добавок на основе оксидов и гидроксидов алюминия на схватывание и твердение цемента [7] позволили установить, что активностью по отношению к портландцементу обладают продукты, содержащие в своём составе аморфный гидроксид алюминия. Особенностью таких продуктов, наряду с высокой удельной поверхностью (>45 м2/г), является способность удерживать до 20 % сорбционно связанной

Наиболее широко применяемой в настоящее время добавкой-ускорителем для портландцемента являются соли муравьиной кислоты — формиаты кальция и натрия.

воды, которая дегидратируется при t=130–140 °С. Введение 1–3 % массы добавок, содержащих аморфный гидроксид алюминия, в состав цемента обеспечивает значительное (в 2–7 раз) сокращение сроков схватывания цементов, а также повышение (в 2–3 раза) прочности через 1 сут. твердения, а также в более поздние сроки твердения (рис. 3). Установлена избирательность действия добавок на цементы различного вида. При сокращении сроков схватывания всех видов цементов, введение такого рода добавок обеспечивает повышение прочности только на цементах, не содержащих в составе активных минеральных добавок. Ускорение твердения портландцемента в присутствии добавки аморфного гидроксида алюминия связано с повышенным образованием эттрингита в ранние сроки, а также с ускорением гидратации фазы алита.

Таким образом, эффективность ускорения твердения цемента с применением химических добавок избирательна и связана как с минералогическим, вещественным составом цемента, так и с взаимным влиянием добавок различных групп действия при их совместном введении.

1. Качество продукции цементных заводов России и ближнего зарубежья в 2000–2001 гг.: Справочник. — СПб.: НИИ Гипроцемент-Наука, 2002.

2. Химия цемента. — М.: Мир, 1996.

3. Батраков бетоны. Теория и практика. — М.: Техпроект, 1998.

4. Бодуэн Дж. Добавки в бетон. — М.: Стройиздат, 1988.

5. Ушеров-, Першина цементов с химическими и минеральными добавками // Цемент и его применение. — 2002. — № 6. — С. 6–8.

6. , , Ларичков гидратации портландцемента в присутствии гидросиликатов натрия // ЖПХ. — 2006. — Т. 79. — № 4. — С. 533–536.

7. , , Корнеев схватывания и твердения портландцемента на основе оксидов и гидроксидов алюминия // Цемент и его применение. — 2005. — № 2. — С. 61–63.

Рис. 1. Влияние суперпластификаторов и замедлителей схватывания на подвижность растворных смесей

а)

Рис. 2. Влияние суперпластификаторов и замедлителей схватывания на прочность растворов

Рис. 3. Влияние добавки термоактивированного гидроксида алюминия на твердение цементного раствора

[monobor1]Было: «от 3–9% до 54–65% соответственно». — Корр.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector