УДК 666.972.164.620.193
О.А. Долгова
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова
Поверхность старого бетона, с которым требуется обеспечить сцепление вновь уложенного бетона, представляет собой цементный камень с вкрапленными в него зернами крупного и мелкого заполнителя. В процессе сцепления, со стороны нового бетона, будет участвовать только цементное тесто, единственный компонент, который обладает клеящими свойствами. Решающую роль в процессе образования адгезионных соединений играют последовательно протекающие стадии формирования площади контакта (макропроцесс) и взаимодействия контактирующих поверхностей (микропроцесс) или, говоря иначе, для высококачественного сцепления наносимого вещества с подложкой необходимо, во-первых, предварительно добиться хорошего смачивания клеем (в данном случае цементным тестом) твердой поверхности (старого бетона). Во-вторых, для получения прочного клеевого шва должно произойти его отверждение, так как даже сильно структурированные жидкости обладают совершенно недостаточной прочностью.
При использовании для омоноличивания бетонных конструкций цементных растворов стараются максимально улучшить адгезию цементного теста к старому бетону, применяя для этой цели такие технологические и химические средства, как пластифицирующие добавки, вибрационное воздействие.
Цементные растворы широко используют для омоноличивания бетонных конструкций и сооружений, так как близость природы вяжущих и соприкасающихся с ними поверхностей обуславливает высокую прочность сцепления друг с другом.
Величину адгезии для цементов определяют косвенным путем, например, такой косвенной характеристикой может служить пластическая прочность цементного теста, а затем и микротвердость цементного камня, примыкающего к заполнителю.
Предпосылками к тому могут служить данные о связи между прочностью сцепления цементного теста со старым бетоном и его собственной когезионной прочностью, взаимосвязь между классом бетона для омоноличивания и прочностью его сцепления со старым, одинаковый характер кинетических кривых нарастания пластической прочности раствора, его прочности при изгибе и сжатии и кинетических кривых изменения прочности его сцепления с металлом или бетоном.
Подобная зависимость между работами адгезии и когезии может быть объяснена тем, что при прочих равных условиях обе они зависят от степени гидратации цемента, а в случае одинаковой степени гидратации – от дисперсности возникающих новообразований.
При омоноличивании строительных конструкций цементными растворами и бетонами необходимо считаться с такими процессами, как продолжающееся во времени гидратационное твердение, обычно оказывающее положительное влияние на величину адгезии, и усадка, особенно обусловленная изменяющимися гигрометрическими условиями и отрицательно влияющая на прочность сцепления старого бетона с новым (важно при уходе за ремонтным раствором и бетоном).
Характер разрушения в соответствии с принятыми представлениями может быть адгезионным, когезионным или смешанным. В равновесных, правильно сформированных адгезионных соединениях наблюдается только когезионный характер разрушения, частным случаем которого является так называемый смешанный (комбинированный, микромозаичный).
Адгезионный характер разрушения связан только с наличием слоев пониженной прочности на границе контакта.
Для обеспечения требуемого на практике когезионного характера разрушения адгезионных соединений целесообразно увеличение когезионной прочности адгезива (теста, раствора, бетона), однако при этом следует учитывать возможность снижения его способности к растеканию.
Суммарная эффективность адгезионного взаимодействия существенно возрастает при условии дополнительной обработки поверхности старого бетона.
В ряде работ [1,2,3] показана возможность и целесообразность применения комплексных химических добавок полифункционального действия, способных пластифицировать бетонную смесь на шлакопортландцементе, ускорять твердение бетона в раннем возрасте, повышать плотность бетона за счет снижения водопотребности и кольматации пор продуктами реакций, увеличивать прочность сцепления нового бетона со старым и межремонтные сроки эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций в средах, характерных для прокатных и агломерационных цехов предприятий черной металлургии.
В качестве пластифицирующей добавки в цементное тесто на шлакопортландцементе была выбрана традиционная добавка лигносульфоната технического ЛСТ, которая по эффекту пластификации уступает суперпластификатору С-3, но дешевле последнего и в определенных дозировках для цементных систем на рядовых цементах невысоких марок более целесообразна.
В качестве ингибитора коррозии арматуры в бетоне на шлакопортландцементе принята добавка нитрита натрия (НН) по следующим соображениям:
– весьма эффективен НН в комплексе с пластифицирующими добавками, благодаря чему улучшаются физико-механические свойства бетона;
– введение ингибитора в комплексные добавки позволяет снизить трудозатраты, повысить прочность бетона, снизить расход цемента;
– добавки ингибиторы позволяют использовать такие отходы металлургической промышленности, как шлаки, введение которых в цементы приводит к понижению защитных свойств бетона по отношению к арматуре [2].
В качестве ускорителя твердения для бетона на шлакопортландцементе принят сульфат натрия (СН), который способствует увеличению ранней прочности и повышает стойкость бетона в агрессивных сульфатных средах. Добавка сравнительно недорогая, недефицитная, но дает высолы, что, однако, не ограничивает ее применение для ремонта подземных железобетонных конструкций металлургических цехов.
Результаты исследований [1,2,3] свидетельствуют о возможности получения равнопрочного соединения нового бетона со старым за счет применения комплексных химических добавок.
Это обстоятельство подтверждается результатами исследования контактной зоны нового и старого бетонов методом электронной микроскопии.
При введении в новый бетон комплексной добавки на основе ЛСТ и НН или СН и одновременном снижении водоцементного отношения нового бетона наблюдается плотное соединение между новым и старым бетоном, которое обеспечивается повышением степени гидратации цемента, обилием геля в зоне контакта (т.е. клеящего вещества) и уплотнением межзернового пространства кристаллами эттрингита, гидроксида кальция и игольчатыми кристаллами гидросиликата кальция.
Введение в новый бетон добавки нитрита натрия изменяет структуру контактной зоны. Повсеместно в области контакта между новым и старым бетоном наблюдается гелевая составляющая гидратных новообразований, которая способствует увеличению прочности сцепления. Кроме того, прослеживается диффузия нитрита натрия из нового бетона в старый – обстоятельство важное для повышения пассивирующих свойств старого бетона на ШПЦ.
Повышению прочности сцепления способствует добавка сульфата натрия за счет более плотного контакта, создаваемого гелеобразной составляющей продуктов гидратации и упрочнением геля дополнительной кольматацией его пор образующимися при этом очень мелкими иголочками эттрингита.
Благодаря улучшению смачивания поверхности старого бетона новым с добавкой пластификатора ЛСТ наблюдается плотный контакт, что увеличивает работу адгезии.
Таким образом, многие закономерности, определяющие работу адгезии цементного камня можно удовлетворительно объяснить исходя из степени гидрофильности и кристаллохимического подобия соприкасающихся фаз, величиной межфазовой энергии гидратных новообразований и кинетики их кристаллизации, приводящей к возникновению новой фазы различной дисперсности.
Библиографический список.
1. Долгова О.А., Трошкина Е.А. Повышение стойкости бетона в условиях реконструкции предприятий черной металлургии. //Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы четвертой Международной научно-практической конференции. Том 1. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2006. – С. 173.
2. Москвин В.М., Гаркави М.С., Долгова О.А., Сафронов М.Ф. Бетоны с комплексными добавками для ремонтно-восстановительных работ // Бетон и железобетон. – 1988. – №11. – С. 9–10.
3. Долгова О.А., Хамидулина Д.Д. Адгезионные и физико-механические свойства цементно-песчаного раствора с химическими добавками // IV Международная научно-практическая Интернет-конференция «Состояние современной строительной науки”. Сборник научных трудов.– Полтава: Полтавский ЦНТЭМ, 2006.–С.97–99.
