ЦЕМЕНТОЩЕБЕНОЧНЫЕ СМЕСИ, ТВЕРДЕЮЩИЕ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВОЗДУХА

УДК  625.731.8

Е.А. Вдовин, Е.И. Андреев
Казанская государственная архитектурно- строительная академия

Разработаны составы противоморозных добавок для цементощебеночных смесей, позволяющие устраивать основания дорожных одежд при отрицательных температурах воздуха.

Строительство автомобильных дорог при пониженных температурах воздуха ведется в незначительных объемах. К дорожно-строительным материалам в таких условиях предъявляют повышенные требования по прочности и морозостойкости. Запасы прочного крупнообломочного материала в недрах Татарстана крайне ограничены, в связи с чем использование их в дорожном строительстве весьма проблематично. Применяют чаще всего малопрочный известковый щебень, который в естественном виде не обладает требуемыми свойствами.

Большим преимуществом цементощебеночных смесей  является способность твердеть при пониженных температурах воздуха в присутствии противоморозных добавок.

Отечественными и зарубежными учеными накоплен значительный опыт зимнего бетонирования при строительстве объектов транспортного назначения. Однако при устройстве конструктивных слоев из цементощебеночных смесей необходимо учитывать некоторые особенности этого материала.

В отличие от бетонных цементощебеночные смеси имеют показатель оптимальной влажности, при котором достигается максимальная плотность. В нашем случае смеси, содержавшие цемент от 6% до 12%, имели оптимальную влажность 11%. Для бетонов одним из важнейших является закон водоцементных отношений. Цементощебеночные смеси как и  все цементогрунтовые материалы этому закону не  подчиняются. Имеются свои особенности и в приемах уплотнения, которые в данной работе не рассматриваются.

С целью подбора противоморозных добавок были выполнены исследования процессов твердения цементощебеночных смесей при температуре от 0°С до -15°С. Известен опыт применения фильтрата технического пентаэритрита (ФТП) для зимнего бетонирования. В состав ФТП входят формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты) и пентаэритрит — четырехатомный спирт жирного ряда. Добавки ФТП способны понижать температуру замерзания воды в смесях до -17°С.

Содержание цемента в щебеночных смесях составило 10% от массы щебня. Противоморозные добавки ФТП вводили с водой затворения в количестве 0,5-5% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Образцы смесей размером 15х15х15 см формировали на виброплощадке в течение 2 мин.

После 28-суточного твердения смесей при 0°С; -5°С; -10°С; -15°С было отмечено увеличение прочности, особенно в первые 7 суток. Однако предъявляемые к добавкам требования ГОСТ по набору не менее 30% марочной прочности были достигнуты лишь при -5°С. Поэтому для повышения эффективности твердения смесей при более низких температурах выполнили подбор комплексных составов противоморозных добавок. В качестве компонентов включили: 3,5%-5% ФТП, 2,3%-4,5% хлористого кальция, 0,6%-1,0% суперпластификатора С-3.

Анализ влияния каждого из компонентов на процесс твердения при отрицательных температурах показал, что хлористый кальций способствует дополнительному повышению прочности материала на 40%, суперпластификатор — на 15-20%.

Интерес представляет кинетика почти 3-месячного твердения смесей при разных температурных режимах. На рисунке проиллюстрированы результаты испытаний образцов некоторых составов смесей, твердевших первые 28 суток при отрицательных температурах, последующие 56 суток — при положительных.

Для сравнения пунктирной линией показан характер твердения контрольной смеси при +20°С. Наилучшими следует признать составы 5 и 9, обеспечившие набор 85-90% от прочности материала контрольной смеси. Полученные результаты свидетельствуют о наибольшей эффективности комплексной добавки, включающей все три компонента: ФТП, хлористый кальций и суперпластификатор.

Независимо от составов смесей изменение режима твердения  сопровождается резким скачком. Наблюдается 1,5 — 5-кратное приращение прочности через 56 суток твердения при нормальной температуре и, кроме того, просматривается тенденция к дальнейшему увеличению прочности укрепленного материала.

К исходу третьего месяца образцы смесей без добавок (2 и 6) набрали прочность 6,2 МПа и 4,7 МПа соответственно для температурных режимов твердения -5°С и -15°С. Это в 2-3 раза меньше аналогичных показателей контрольной смеси. Условия твердения в первый месяц не повлияли на характер упрочнения материала в следующие 56 суток. Образцы обеих смесей набрали примерно одинаковую прочность 4,5 МПа.

В связи с изложенным была проверена морозостойкость укрепленных при пониженных температурах материалов, которую определяли по числу циклов замораживания — оттаивания и потере прочности. Результаты определения потерь прочности(в %) образцов смесей с 10%- ой добавкой цемента после испытаний на замораживание — оттаивание приведены в таблице.

Как и следовало ожидать, цементощебеночные смеси без добавок не удовлетворяют требованиям ГОСТ-23558-94 по морозостойкости. Смеси 3, 4 соответствуют маркам F15, смеси 5, 7, 8 и 9 — маркам F25.

Vdovin1

Vdovin2

Таким образом, выполненные исследования позволяют рекомендовать разработанные составы противоморозных добавок для  цементощебеночных смесей, твердеющих при пониженных (до -15°С) температурах воздуха.