УДК 666.972.16
Коровкин М.О., Калашников В.И., Разживалова А. В.
Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
Для эффективного использования суперпластификаторов необходимо выявить факторы, влияющие на величины водоредуцирующего и пластифицирующего действия этой группы химических добавок в бетонных смесях.
К числу малоизученных факторов, определяющих эффективность суперпластификаторов, можно отнести влияние заполнителя на водоредуцирующий эффект (ВР).
По современным представлениям механизм действия СП основан на диспергировании агрегатов частиц цементного теста, что приводит к снижению предельного напряжения сдвига и вязкости теста. Исходя из этого, при увеличении доли заполнителя должно наблюдаться монотонное снижение пластифицирующего эффекта, обусловленное снижением доли матрицы водо-вяжущего теста и соответствующим повышением трения между зернами заполнителя. Однако некоторые авторы [1,2] отмечают более сложный характер зависимости пластифицирующего эффекта от соотношения цемента и заполнителя. Среди возможных причин отмеченных эффектов называют структурообразующее воздействие поверхности заполнителя на цементное тесто [1] и взаимодействие СП с поверхностью заполнителя [2].
Для выявления закономерностей влияния заполнителя на водоредуцирующий эффект СП были проведены исследования указанного эффекта в растворных и бетонных смесях с различным содержанием заполнителя. На первом этапе исследовались растворные смеси, в которых соотношение вяжущего и песка (n) изменялось интервале от 0,5 до 15, что охватывает практически весь диапазон изменения этой характеристики в растворах и растворной составляющей бетонов различного назначения – от высокопрочных и обычных бетонов, до кладочных и штукатурных растворов, дорожных подготовок и др.
В исследованиях также были использованы бетонные смеси с различным соотношением щебня и цемента (m) при постоянном соотношении цемента и песка в растворной матрице n = 2.
В экспериментах использовался цемент ПЦ 400 Д 0 ОАО «Вольскцемент», речной песок Сурского месторождения с Мкр = 1,54 и отсев песчанно-гравийной смеси с Мкр = 2,07.
Водоредуцирующий эффект от введения в смесь 1 % суперпластификатора С-3 определялся для составов с различной удобоукладываемостью смесей, которая определялась по расплыву смеси на стандартном встряхивающем столике. Значения ВР рассчитывались по формуле ВР = ((В/ЦН – В/ПП)/ В/ЦН )ּ100%, где (В/Ц)Н и (В/Ц)П – водоцементное отношение непластифицированной и пластифицированной смесей, имеющих равный расплыв.
Для уменьшения влияния случайных экспериментальных погрешностей, а также учитывая линейный тип зависимости РК от В/Ц [1], водопотребность смесей рассчитывалась по корреляционным зависимостям, полученным по опытным данным. Пример такой зависимости приведен на рис. 1.
По математическим зависимостям, полученным для различных отношений n, рассчитывались значения ВР. График зависимости ВР от n приводится на рис. 2.
Установлено, что с увеличением доли заполнителя n в цементно-песчаной смеси водоредуцирующий эффект снижается с 22-16 % в составах с n = 0,5 до 3-5 % в составах с n = 15. Снижение водоредуцирующего эффекта в смесях от цементного теста до очень тощих цементно-песчаной композиции происходит не монотонно: в узком интервале при n = 1–2 отмечен ярко выраженный локальный минимум.
Для подтверждения установленной аномалии ВР в интервале n = 1…2 и исключения влияния процессов схватывания цемента на полученные результаты был проведен аналогичный эксперимент с модельной системой, в которой цемент был заменен молотым известняком, измельченным до удельной поверхности близкой к цементу – 382 м2/кг. Результаты эксперимента, приведенные на рис. 3 подтверждают выявленные закономерности с некоторым смещением минимума.
Причина локального минимума водоредуцирующего эффекта в области n = 1…2 на рис.2-3 становится понятна при сопоставлении зависимостей водопотребности равноподвижных составов от содержания песка (рис. 4)
Как видно из графиков зависимости водопотребности пластифицированной и не пластифицированной смесей эти зависимости имеют точки перегиба, причем для пластифицированной смеси точке перегиба соответствует меньшее значение n, чем для непластифицированной смеси. Подобное несоответствие было установлено авторами монографии [1] при исследовании пластической прочности равноплотных и равноподвижных растворных смесей.
Исследования влияния крупного заполнителя на водоредуцирующий эффект проводились на бетонной смеси с постоянным соотношением песка и цемента. В опытах варьировалось отношение щебня и цемента (m). Бетонная смесь готовилась на щебне фракции 5-10 мм с плотностью 2630 кг/м3. Количество добавки С-3 в пластифицированных смесях составляло 1 % от массы цемента. Готовились смеси с различным водоцементным отношением, обеспечивающим осадку конуса бетонной смеси от 2 до 20 см.
Удобоукладываемость бетонной смеси оценивалась по осадке конуса смеси и по расплыву конуса на встряхивающем столике. Водоредуцирующий эффект рассчитывался по приведенной выше формуле. Результаты определения водоредуцирующего эффекта для смесей с различным содержанием щебня m приводятся на рис. 5.
Как видно из графиков на рис. 5 для смесей с низким содержанием щебня при m = 1-2 с повышением подвижности водоредуцирующий эффект возрастает с 20 до 40 %, а в смесях с m = 3 повышение подвижности не ведет к заметному изменению водоредуцирующего эффекта.
Выводы
Экспериментальные данные указывают на то, что водоредуцирующий эффект в цементном тесте и пластичных смесях выше чем жестких при отношении заполнителя и цемента менее 3. При соотношении песка к цементу около 3,2 эффективность добавки одинакова для составов при различных значениях удобоукладываемости. С увеличением n более 3,2, когда цементного теста не хватает для заполнения межзерновых пустот заполнителя, водоредуцирующий эффект выше в жестких смесях (рис. 1).
Проведенные исследования позволили установить составы, в которых применение суперпластификатора наиболее эффективно. Это пластичные бетонные смеси с повышенным расходом вяжущего для изготовления высокопрочных и самоуплотняющихся бетонов.
Библиографический список
- Бабаев Ш.Б., Комар А.А. Энергосберегающая технология железобетонных конструкций из высокопрочного бетона с химическими добавками. – М.: Стройиздат, 1987. – 240 с.
- Рахимбаев Ш.М. Вопросы Рационального применения пластификаторов в технологии бетона // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН / Воронеж. гос. арх. — строит. акад. – Воронеж, 1999. – с. 369-371.
- Баженов Ю.М. Технология бетонов. М. Высшая школа, 1997. – 356 с.
- Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Технопроект, 1998. – 400 с.
