КОМПЛЕКСНЫЕ МОДИФИКАТОРЫ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРИДАНИЯ БЕТОНАМ СПЕЦИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

Несмотря на широкое применение добавок, позволяющих придавать бетонным смесям и бетонам специальные свойства, важной и актуальной задачей является улучшение физико-механических свойств бетонов за счет применения комплексных модификаторов полифункционального действия, при этом важным и открытым является вопрос о совместимости применения компонентов комплексных модификаторов и эффективности их действия.

ABSTRACT

Despite wide application of the additives, allowing to give to concrete mixes and concrete special properties, the important and actual problem is improvement of physicomechanical properties of concrete at the expense of application of complex modifiers of multifunctional action, thus and open the question on compatibility of application of components of complex modifiers and efficiency of their action is important.

Ключевые слова: добавки для бетона, ускорители твердения, противоморозные добавки, комплексные модификаторы.

Keywords: admixtures for concrete, hardening accelerators, antifreeze admixtures, complex modifiers.

В современном строительстве используется широкая номенклатура различных добавок, позволяющих придавать бетонным смесям и бетонам специальные свойства [1, 2]. В частности, одним из способов зимнего бетонирования является введение в бетонные и растворные смеси противоморозных добавок, способствующих нормальному протеканию процессов гидратации цемента [3]. Противоморозные добавки нашли широкое применение при возведении монолитных и сборно-монолитных конструкций, при установившейся температуре наружного воздуха или грунта ниже плюс 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С вплоть до минус 30 °С [3]. Другой актуальной задачей, решаемой за счет применения добавок при производстве бетонных и железобетонных конструкций, является ускорение набора прочности бетона, что может быть достигнуто за счет применения добавок ускорителей твердения. Область эффективного применения добавок ускорителей твердения достаточна широка, в частности их применение позволяет: облегчить уход за бетоном и снижает период набора критической прочности, повысить производительность предприятий сборного железобетона, увеличить оборачиваемость форм, экономить цемент, сократить расход при тепловлажностной обработке бетона, облегчить уход за бетоном в условиях сухого и жаркого климата и т.д. [3].

Несмотря на широкое применение разнообразных противоморозных добавок и добавок ускорителей твердения, важной и актуальной задачей является улучшение физико-механических свойств бетонов: повышение прочности (в ранние и нормируемые сроки твердения), снижение проницаемости, повышение морозостойкости и др. Данную задачу можно успешно решить за счет применения комплексных органоминеральных модификаторов полифункционального действия, включающих минеральный компонент, поверхностно-активное вещество (ПАВ), противоморозную добавку или ускоритель твердения (в зависимости от назначения). При этом важным и открытым является вопрос о совместимости применения данных компонентов в составе комплексных модификаторов и эффективности их действия в цементных системах.

составы комплексных модификаторов двух видов:

- обладающих противоморозным действием и повышающих прочность бетона – ОМДпм (табл. 1);

- ускоряющих твердение и повышающих прочность бетона – ОМДу (табл. 2).

В составе ОМДпм в качестве противоморозной добавки применяли формиат натрия (HCO₂Na). В составе ОМДу ускорителями твердения являлись нитрат натрия (NaNO₃), сульфат натрия (Na₂SO₄), для снижения агрессивного воздействия на арматурную сталь хлористого кальция применяли комплексный ускоритель твердения хлористый кальций + нитрит натрия (CaCl₂ + NaNO₂).

В качестве ПАВ, входящих в состав разрабатываемых комплексных модификаторов, использовались представители пластифицирующе-водоредуцирующих добавок различной химической основы: суперпластификатор С-3, гиперпластификаторы Melflux 2651F и ГПМ-Ультра. Минеральными компонентами являлись молотый кварцевый песок, молотый гранулированный шлак, молотый известняк и молотый керамический кирпич с удельной площадью поверхности 700 м²/кг.

Таблица 1.

Виды и составы комплексных модификаторов обладающих противоморозным действием и повышающих прочность бетона

Таблица 2.

Виды и составы комплексных модификаторов, ускоряющих твердение и повышающих прочность бетона

Оценку эффективности действия разработанных модификаторов проводили согласно ГОСТ 30459-2003 и ГОСТ 24211-2003. Эффективность действия модификаторов, обладающих противоморозным действием и повышающих прочность определяли по прочности бетона, твердевшего при отрицательной температуре, в сравнении с прочностью бетона, твердевшего в нормальных условиях. Оценку эффективности действия модификаторов проводили путем сравнения критерия эффективности с изменением прочности основного состава по сравнению с контрольным, рассчитываемым по формуле

                                                                 (1)

где R₂₈^осн – прочность бетона (цементного камня) в возрасте 28 суток твердевшего при отрицательной температуре (по условиям эксперимента температура составляла минус 16 °С), МПа; R₂₈^контр – прочность бетона (цементного камня) в возрасте 28 суток твердевшего в нормальных условиях, МПа.

Эффективность действия модификаторов, обладающих ускоряющим действием и повышающих прочность бетона оценивали по изменению величины относительной прочности бетона (ΔR_t) в основных составах по сравнению с контрольными в возрасте 1 суток нормального твердения и в возрасте 28 суток. Оценку эффективности действия модификаторов определяли путем сравнения критерия эффективности с изменением прочности основного состава по сравнению с контрольным составом ΔR_t, определяемым по формуле

                                                        (2)

где t – время твердения в нормальных условиях, сутки.

Водоредуцирующее действие модификаторов (∆В_д) определялось по снижению расхода воды в процентах от контрольного состава (без модификатора), при постоянной реологической характеристике, оцениваемой величиной расплыва цементного теста, который был равен 13 – 14 см по вискозиметру Сутторда и величиной осадки конуса бетонных смесей, которая составляла 18 – 20 см.

Результаты исследований влияния модификаторов, обладающих противоморозным действием и повышающих прочность на свойства цементного камня и бетона. Результаты проведенных исследований по оценке эффективности разработанных комплексных модификаторов, обладающих противоморозным действием и повышающих прочность бетонов на цементном тесте и камне в возрасте 28 суток твердения при отрицательных температурах минус 16 ºС ± 2 представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Влияние вида и состава модификатора ОМДпм, на прочность цементного камня (28 суток твердения при отрицательной температуре минус 16 ºС ± 2)

Из представленных на рис. 1 данных видно, что применение всех разработанных комплексных модификаторов позволяет обеспечить набор прочности цементного камня при отрицательных температурах, независимо от вида и состава модификатора. При этом наибольшие значения прочности были зафиксированы при применении модификаторов группы ОМДпм-3, содержащих в качестве минерального компонента молотый известняк, не зависимо от вида ПАВ. Наибольшие значения прочности образцов цементного камня (R_сж = 48,1 МПа, ∆R = 127,4 %) зафиксированы при использовании модификатора ОМДпм-3.2, в состав которого входит молотый известняк, Melflux 2651F и формиат натрия. Полученные результаты обеспечиваются за счет высокого водоредуцирующего действия разработанного модификатора (∆В_д = 62,5 %) и соответственно формирования более плотной структуры цементного камня. Кроме того, высокие значения прочности могут быть обеспечены за счет синергизма формиата натрия (HCO₂Na) и молотого известняка (до 54 % СаО). Исходя из особенностей механизма действия противоморозных добавок, совместное использование данных компонентов в большей степени способствует увеличению концентрации ионов Са²⁺ и увеличению растворимости силикатных составляющих минералов портландцемента. Это приводит к ускорению процессов гидратации на ранней стадии твердения при отрицательных температурах за счет образованию дополнительных кристаллизационных связей (двойных или основных солей), при этом по мере охлаждения бетона концентрация раствора возрастает, что приводит к понижению температуры его замерзания.

Результаты исследований (рис. 2), проведенных на бетонных смесях и бетонах следующего состава (расход компонентов на 1 м³): цемент – 350 кг; песок – 870 кг; щебень 1000 кг; В/Ц-отношение подбиралось исходя из постоянной удобоукладываемости бетонной смесей (ОК = 18 – 20 см) показали, что полученные результаты соотносятся с результатами, полученными на цементном тесте и камне.

Рисунок 2. Влияние вида и состава модификатора ОМДпм на прочность бетона (28 суток твердения при отрицательной температуре минус 16 ºС ± 2)

Из рис. 2 видно, что наиболее эффективными являются модификаторы группы ОМДпм-3, содержащие в своем составе молотый известняк. Наибольшие значения прочности образцов бетона были зафиксированы при использовании модификатора ОМДпм-3.2 (R_сж = 13,4 МПа, ∆R = 49,4 %). При этом не все разработанные модификаторы обеспечивают необходимый набор прочности согласно ГОСТ 24211-2003: набор прочности при отрицательной температуре в возрасте 28 суток (∆R) должен быть не менее 30 % контрольного состава нормального твердения, что может быть обусловлено низкими температурами (минус 16 ºС ± 2), при которых проводились испытания, а также применением для приготовления бетонных смесей сырьевых материалов пониженного качества. Из всех разработанных комплексных модификаторов, необходимую эффективность обеспечили ОМДпм-1.2 – R_сж = 9,8 МПа, ∆R = 36,1 %; ОМДпм-2.2 – R_сж = 9,7 МПа, ∆R = 35,8 %; ОМДпм-3.2 – R_сж = 13,4 МПа, ∆R = 49,4 %; ОМДпм-3.3 – R_сж = 8,7 МПа, ∆R = 32,1 %.

Список литературы:

1. Баженов Ю. М. Модифицированные высококачественные бетоны: учеб. / Ю. М. Баженов, В. С. Демьянова, В. И. Калашников. – М.: АСВ, 2006. – 368 с.
2. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика: 2-е изд. / В. Г. Батраков. – Москва: Технопроект, 1998. – 768 с.
3. Рамачандран В. С. Добавки в бетон: справ. пособие / В. С. Рамачандран [и др.]. – М.: Стройиздат, 1988. – 575 с.