Иностранные научные статьи о добавках в бетон
Иностранные научные статьи о добавках в бетон
Справочник составлен под редакцией Ложкина В.П.
Отпечатано в типографии ИП Воронина Е.А. 2013 г. – Калининград 120 с.
В справочнике описаны 280 пластификаторов, приведены их описания, применение, преимущества, дозировки и контактная информация о производителях и дистрибьюторах различных фирм, которые в настоящее время или в ближайшем будущем могут оказаться на российском рынке.
В результате вступления России в ВТО, эксперты прогнозируют усиление влияния зарубежных поставщиков на рынке стройматериалов, в том числе и добавок в бетоны.
В ближайшие два-три года стоит ожидать увеличение импорта строительных материалов по более низкой цене. Как следствие, повышение конкуренции на российском рынке строительных материалов, снижение темпов роста цен на стройматериалы, увеличение присутствия иностранных компаний в России.
Разобраться в современном многообразии различных добавок в бетоны тяжело даже специалисту. С целью оказания информационной помощи производителям бетона и железобетона издан данный справочник.
В справочнике приведены следующие главы:
Пластификаторы для товарного бетона.
Пластификаторы для бетонов полифукционального действия.
Пластификаторы для железобетонных изделий.
Пластификаторы для производства бетона в зимний период.
Пластификаторы для бетона с ранней прочностью.
Пластификаторы для замедления твердения бетона.
Пластификаторы для снижения водопотребления.
Пластификаторы для производства бетонных полов.
Пластификаторы для растворов.
Пластификаторы для гидроизоляционных бетонов.
Пластификаторы для вибропрессования.
Пластификаторы для ускорения твердения бетона.
Пластификаторы для бетона с воздухововлечением.
Пластификаторы для летнего бетонирования.
Пластификаторы для цветных бетонов.
Пластификаторы для сухих бетонных смесей.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников заводов ЖБИ и бетонно-смесительных узлов, мастеров и прорабов строительных организаций, преподавателей ВТУЗов и колледжей, а также для обучающихся в магистратуре, аспирантуре по соответствующим специальностям, слушателям курсов повышения квалификации в сфере производства строительных материалов.
Под общим понятием «добавки» следует понимать специальные вещества, модифицирующие, регулирующие и изменяющие свойства бетонных и растворных смесей, а также затвердевших бетонов и растворов. Цель подобного влияния на данные строительные смеси заключается в придании им специальных свойств, необходимых для возведения зданий и сооружений из бетона и железобетона, а также для приготовления сборных и монолитных конструкций высокого качества в наиболее оптимальные сроки.
Бетон является самым популярным и распространенным строительным материалом в современном мире. Но современный рынок строительства предъявляет к бетонным смесям ряд особых требований, которому на практике невозможно соответствовать без дополнительного использования специализированных химических добавок – модификаторов и пластификаторов. С их помощью бетонная смесь приобретает качества, которые позволяют полностью выполнить все требования как проектировщиков, так самих исполнителей строительных работ.
Эти добавки не ограничиваются одним только применением при приготовлении бетонных смесей, их также успешно используют и для улучшения характеристик цементно-песчаных растворов.
Добавки — это неорганические и органические вещества естественного и искусственного происхождения и их комплексы, применяемые в качестве модификаторов бетонных и растворных смесей, бетонов и строительных растворов, изготавливаемых на вяжущих, на основе портландцементного клинкера.
Добавка — это продукт, вводимый в бетонные и растворные смеси с целью улучшения их технологических свойств, повышения строительно-технических свойств бетонов и растворов и придания им новых свойств.
Данные продукты, вводимые в бетонную смесь, оказывают положительное влияние на технологические, механические и реологические свойства бетонов. Добавки улучшают свойства бетонных и растворных смесей от момента изготовления до укладки в опалубку и уплотнения, оптимально регулируют сроки и механизмы твердения искусственных конгломератов, улучшая их структуру и конечные характеристики.
Затворение водой цемента, песка и щебня связывает отдельные компоненты смеси в структурированную систему, обладающую рядом свойств.
Среди основных свойств этой системы можно выделить удобоукладываемость (подвижность, жесткость), на практике отвечающую за легкость выгрузки, укладывания в опалубку и уплотнения бетонных смесей.
В настоящее время для строительства требуются «идеальные» бетонные смеси. Они должны обладать высокой подвижностью, замедленным схватыванием и быстрым набором прочности, легкой удобоукладываеиостью в формы после достаточно длительного времени транспортировки, универсальностью применения, из них должны получаться конструкции, которые не будут требовать значительных затрат на гидроизоляционные работы.
Главной функцией бетона является обеспечение необходимой прочности и долговечности конструкций. Бетон должен успешно сопротивляться механическим нагрузкам, химическим и физическим воздействиям окружающей среды. Применение химических добавок в современном строительстве не только рекомендуется, но и попросту жизненно необходимо.
Самые распространенные модифицирующие добавки в бетон называются пластификаторами, эти вещества предназначены для разжижения бетонной смеси, чтобы в дальнейшем ее можно было удобно и эффективно подвергать переработке. Безусловно, разбавление смеси водой позволит добиться таких же результатов, но тогда бетон потеряет плотность, а значит – прочность и, наверняка, появятся усадочные трещины, а для продолжения отделочных работ потребуется длительное высыхание конструкции. К тому же модифицирующие добавки позволяют уменьшить дозировку цемента – это дает не только качественный, но и определенный экономический эффект, поскольку снижается стоимость раствора, а также и транспортные и складские затраты.
Исследование возможности повышения качества бетона введением модифицирующих добавок
В данной статье были проведены исследования по бетону класса В25 c различными модифицирующими добавками. Были приведены 3 вида модифицирующих добавок отечественного производителя и влияние на основные характеристики бетона, не отклоняясь от стандартов, указанных в ГОСТ РК.
Ключевые слова: бетон, тяжелый бетон, бетон класса В25, модифицирующие добавки, пластификаторы, бетон марки М350.
Бетоны с классом прочности В25 с модифицирующими добавками применяется для сооружения крупных объектов в частном домостроительстве, так и в промышленном. Данный класс относится к тяжелым бетонам. В качестве вяжущего применяется портландцемент ПЦ400-Д0. Изготовитель ТОО «Кокше-цемент» РК. В качестве. В качестве модификаторов были выбраны Polymix Plast, SikaPlast 17 и Stachement 99 в разных концентрациях (0,5 %, 1 %, 1,5 %)
Выбор данного класса и марки бетона в качестве объекта для исследования обусловлен широкой потребностью в строительных отраслях страны.
В каждой строительной площадке тяжелый бетон является незаменимым и самым популярным, несмотря на новые открытие строительных материлов [2]. Технические характеристики такие, как прочность и плотность, удобоукладываемость и другие стандарты данных бетонов показывет, что эти классы и марка бетонов универсальны для строительства конструкции разных типов и уровней сложности [3]. Настоящее исследование посвящено в моделировании более оптимальных условий твердения бетонных смесей в естественной среде для улучшения прочностных храктеристик широко используемых бетонов класса В25 c модифицирующими добавками и цемента марки М400.
Наиболее эффективно эту задачу можно решить путем выбора добавок из числа предлагаемых. Необходимы корректные сравнительные испытания в бетонах с использованием местной сырьевой базы. Значительную ценность при этом представляет информация, касающаяся кинетики твердения модифицированных бетонов, влияющие на качества бетонирования и темпы строительства. Для достижения желемого результата при исследовнии образцов бетонных смесей должны выполнятся все требовния по контролю качества бетонов [5].
Постановка настоящего эксперимента является сравнительный анализ кинетики набора прочности тяжелого бетона, модифицированного различными отечественных пластифицирующих добавок.
Для приготовления бетонов М350 в качестве заполнителя использовался:
- Гранитный щебень для строительных работ фракций от 5 до 10 мм ГОСТ 30108–94
- Песок природный для строительных работ средней крупности. ГОСТ 30108–94
Изготовитель ТОО «Озентас» РК, Алматинская область, Талгарский район, село Актас.
- Портландцемент ПЦ400-Д0 ГОСТ 10178–85
Изготовитель ТОО «Кокше-цемент» РК, Акмолинская область, район Биржан сал, село Заозерное, улица Школьная № 56.
Образцы класса В25 заливали в железные и пластиковые формы 150х150х150, соответствующие стандарту. В соответствии с требованиями ГОСТ 10181–2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний» производят оценку подвижности бетонной смеси. «Готовую бетонную смесь для определения ее подвижности загружаем в стандартный конус, установленный на металлический поддон. Перед испытанием конус и все приспособления очищаем и протираем влажной тканью. Загрузку бетонной смесью производим в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Конус во время наполнения должен быть плотно прижат к поддону. После уплотняем бетонную смесь, ее избыток срезаем вровень с верхним краем конуса» [3].
Вариации на тему бетона – ученые совершенствуют привычную ЦПС
У бетона хоть и не столь долгая история, как у кирпича и древесины, но без него сегодня не обходится ни одна стройка – фундамент, перекрытия, дорожки и многое другое. И если для большинства из нас бетон – это смесь цемента, песка, щебня и воды в определенных пропорциях, то для ученых – плацдарм для опытов. Что интересно, результаты многих опытов реально применять на практике, а не только в лабораториях. В нашей подборке собраны как раз такие, усовершенствованные бетоны с необычными характеристиками.
Гибкий бетон
В сингапурском научно-исследовательском центре при Наньянском технологическом университете группа ученых во главе с профессором Чу Цзянем разработала принципиально новый вид бетона – гибкий (ConFlexPave).
Обычный бетон отличается повышенной прочностью, особенно когда речь о ЖБИ, усиленных арматурой. Однако от хрупкости его не избавляет даже армирование, и изгиб вызывает растрескивание и постепенное разрушение. Кроме того, железобетон тяжелый, что создает определенные сложности в процессе укладки плит.
Гибкий бетон, разработанный сингапурцами, прочнее и устойчивее к износу, и способен значительно прогибаться, за счет особого состава.К стандартному песку, щебню и цементу добавлены полимерные микроволокна – эти тончайшие синтетические нити равномерно распределяют нагрузку и позволяют изготавливать тонкие и облегченные дорожные плиты. При этом по прочности полученный бетон можно сравнить с металлом. Будучи гибким, он практически не подвержен истиранию. Это особенно актуально на трассах или пешеходных дорожках в зонах повышенной проходимости. Гибкие плиты прошли испытания на стенде, в ходе которых была доказана повышенная гибкость материала и его устойчивость к прямому физическому воздействию.
Немаловажно, что использование гибкого бетона значительно упростит жизнь дорожным службам – сократится трудоемкость процесса укладки, частичная замена полотна не будет требовать остановки движения. Тест-драйв новинка проходит прямо на территории университетского комплекса – там громадная пешеходная нагрузка, да и дорожный трафик впечатляющий. В дальнейшем ученые планируют подбирать состав плит, исходя из конкретных условий эксплуатации, еще на этапе производства добиваясь оптимальных характеристик.
Бетон с подсветкой
А мексиканца доктора Хосе Карлоса Рубио, из университета Мичоакана, больше заинтересовали свойства цемента, как важнейшего компонента бетона. Он разработал принципиально новое вяжущее, со сроком службы около века, да еще со светоизлучающей способностью. За десятилетие исследований он сумел изменить микроструктуру цемента, введя в него флуоресцентные добавки. На таком цементе получается не только более однородный раствор, без характерных «хлопьев». Эти кристаллические структуры, образующиеся на поверхности, ухудшают характеристики бетона и способствуют ускоренному разрушению верхнего слоя. Чтобы предотвратить кристаллизацию, Рубио и ввел в цемент добавку, а заодно получил бонусную декоративную подсветку.
В течение дня такой бетон накапливает солнечную энергию, а с наступлением темноты начинает отдавать ее, создавая потрясающие световые эффекты.В отличие от пластика, из которого изготавливается большая часть флуоресцентных материалов, со сроком службы в несколько лет, бетонная подсветка устойчива к УФ лучам и прослужит век.
Новый цемент может применяться как самостоятельно, так и в смесях с другими материалами, для строительства различных объектов и дорожных покрытий. В плане экологичности светящийся цемент выигрывает у обычного – в его составе, в основном, мел и глина, а «отдача» при его производстве – в виде водяного пара. Цветовая гамма материала на данный момент представлена синим и зеленым цветом, а яркость подсветки можно регулировать, чтобы дорожки не слепили пешеходов и велосипедистов. В планах исследователя – попробовать соединить светящиеся частицы с другими строительными основами и получить новые стройматериалы, с эффектом подсветки.
Бетон из отходов
Утилизация осадков после очистки стоков давно превратилась в глобальную проблему для многих стран, которую усугубляют строгие экологические нормативы. Самый дешевый вариант – захоронение отходов – нелегален, так как в осадке большое количество химических веществ, способных ухудшить показатели почв. Очистным предприятиям Малайзии решить проблему помогли ученые, решившие, что пропадать такому количеству полезных веществ, в которых остро нуждаются другие отрасли, глупо.
Исследователи из национального технологического университета MARA научились добавлять порошок, получаемый из осадка, вместо части цемента, при производстве бетона.
Процесс получения заготовок простейший: осадок формуют в виде лепешек, которые просушивают и, для окончательного удаления жидкости, обжигают. Сухие заготовки тщательно измельчают и просеивают, получая однородный порошок, который в дальнейшем добавляют в бетонную смесь. Пропорции варьируются, исходя из желаемой марки бетона – максимальная доля порошка в цементе составляет 15 %, реально получить как бетон средней прочности, так и высоких классов. Ученые считают, что замена части цемента порошком из сточных осадков (DSWP – domestic waste sludge powder) повышает прочность бетона и снижает его проницаемость и засоленность. Разработка признана перспективной, так как с учетом потребностей строительной отрасли в цементе, даже незначительная доля стороннего вещества, да еще продукта переработки отходов, и экономически, и экологически выгодна.
Блоки из костробетона
Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.
Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. Что касается технических характеристик, блоки получаются прочными, с высоким коэффициентом шумопоглощения и низким коэффициентом теплопроводности, да еще и с антисептическими свойствами (устойчивы к плесени и гнили).
Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.
Однако фишка еще и в способе производства, и внутреннем строении – блок не монолитный, конопляно-цементная смесь при застывании образует ячеистую, напоминающую костную, структуру.За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.
Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома. Учитывая, что уже упомянутый арболит с успехом используется в частном домостроении, вряд ли блоки на базе костры потерпят фиаско. В любом случае, чем больше будет экологически чистых материалов, тем лучше для всех нас.
Инновации затрагивают все сферы нашей жизни – можно вырастить шезлонг, а вместо громоздкого дивана установить в маленькой квартире универсальный модуль. Вместо люстры и бра уже используют светящиеся обои, а в качестве дачи – картонный дом. И посмотрите видео о стеклянном доме, тоже не самом типовом, но от этого не менее привлекательном строении.
Особенности применения пластифицирующих добавок в бетонах и кладочных растворах
Любое современное строительство не обходится без использования специальных добавок для бетонных смесей и цементных кладочных растворов. Добавки необходимы, чтобы модифицировать бетон и растворы с целью придания им определённых свойств, упрощающих работу и повышающих качество строительства. При этом допускается ряд ошибок, которые могут привести к отрицательным результатам. В частности, применение избыточного количества воды, с целью повышения удобоукладываемости смеси, и использовании в качестве добавок бытовых моющих веществ.
В этой части учебного курса мы расскажем о том, как использование специальных пластифицирующих добавок позволяет получить пластичную смесь и одновременно избежать падения прочности бетона.
- Почему нельзя модифицировать бетон избыточным количеством воды.
- Для чего нужны пластификаторы.
- Как добавки меняют свойства бетона и кладочных растворов.
- Какие добавки нужно использовать при проведении монолитных и кладочных работах.
- Как добавки позволяют избежать появления высолов на облицовочном кирпиче.
Почему избыток воды приводит к снижению прочности бетона
Бетон — это составной материал, состоящий из цемента, щебня, песка и воды. Цемент — главный компонент бетона, т.к. при затворении смеси водой происходит реакция гидратации. Т.е. образуется т.н. цементный клей, который связывает все остальные наполнители друг с другом. После затвердения получается прочный искусственный материал — цементный камень.
Вода является самым дешевым компонентом в бетонной смеси и одновременно пластифицирующим элементом. Этим часто пользуются нерадивые или неопытные строители, добавляя в смесь избыточное количество воды, т.к. чем больше воды, тем подвижнее, а значит более удобоукладываемой получается бетон.
Подобный подход приводит к отрицательным результатам. Важно: чем больше воды в бетоне, тем менее прочным он становится, т.е. падает его марочность. Также уменьшаются его долговечность, морозостойкость и водонепроницаемость. Добавление лишней воды приводит к расслоению бетонной смеси, сильной усадке и повышенному трещинообразованию конструкции.
Параметры бетона характеризуются классом и марками: В (класс бетона на сжатие), F (марка по морозостойкости), W (марка по водонепроницаемости и П (подвижность смеси П1-П5). Чем выше марка по подвижности, тем более подвижная (жидкая) бетонная смесь. С подвижной смесью удобно работать строителям, например, укладывая бетон в густоармированную конструкцию. Но для твердения бетона необходимо определенное количество воды, а чем больше будет «лишней» воды, тем больше останется пор, следовательно, уменьшится прочность бетона. Поэтому каждый состав бетонной смеси необходимо грамотно рассчитать. Причём в разных конструкциях, в зависимости от их назначения, требуется определённая прочность бетона.
Для чего необходимо использовать пластификаторы
В погоне за пластичностью, как уже говорилось выше, строители часто льют в бетон дополнительную воду, которая в дальнейшем приводит к снижению прочности, например, фундамента. На первый взгляд кажется, что, чтобы этого избежать, надо уменьшить количество воды, т.к. для протекания реакции гидратации её не требуется много.
Но, недостаточная пластичность, т.н. «жесткой смеси», в свою очередь также может привести к пустотам, так как бетонная смесь просто не сможет проникнуть через густое армирование в конструкции. Поэтому необходимо использовать добавку для водоредуцирования, т.е. снижения количества воды затворения при увеличении подвижности бетонной смеси.
В зависимости от назначения добавки, в качестве пластифицирующих компонентов, производители используют различные химические соединения. Добавки классифицируются, на: пластифицирующие, замедляющие и ускоряющие схватывание (твердение), противоморозные, позволяющие производить работы в зимнее время, и др.
Кроме того, бетонная смесь с пластификатором не прилипает к стенкам бетономешалок, легче подается бетононасосом, также продлевается время доставки раствора с помощью миксера от бетонного узла до объекта строительства.
Особенности использования добавок при кладочных работах
При проведении строительных работ важно разделять добавки, в зависимости от конструкций, где они должны использоваться. Например, при монолитных работах, заливке фундамента, перекрытий, несущих колонн важно добиться проектной конструктивной прочности. В то время как кладочному раствору избыточная прочность не нужна.
Существует большое количество разных пластификаторов. Нельзя бездумно использовать одни и те же добавки для кладочных и для бетонных работ, т.к. они отличаются друг от друга по химическому составу. Также добавки отличаются «мощностью» действия, влиянием на жизнеспособность раствора и смеси. Схожесть всех пластификаторов в том, что они уменьшают количество воды затворения, но, к бетону для фундамента и к кладочной смеси, предъявляются совершенно разные требования. Если пренебречь этим правилом, можно получить отрицательный результат, который приведет к большим проблемам.
При кладочных работах каменщику нужно, чтобы с раствором было удобно работать. Раствор должен быть легким, воздушным, как говорят «тянуться за мастерком».
Для этого используются добавки, которые обеспечивают не только пластичность, но и повышенную воздухововлекаемость. Это приводит к снижению прочности раствора, которая не нужна строителям при кладке лицевого кирпича.
Специальные добавки для кладки увеличивают выход объёма готового раствора. Например, без добавки можно, из равного объёма компонентов, получить 200 литров раствора, а с добавкой уже 230-240 л.
Важно: Если использовать добавку для кладочного раствора при бетонировании фундамента, где важна плотность бетона, то это может привести к существенному снижению прочности конструкции. Т.е. вместо запланированного М350 можно получить бетон М100-М50. В итоге: фундамент не сможет выдерживать и перераспределять нагрузку на грунт вес от вышележащих конструкций и его придётся демонтировать.
И наоборот, не следует применять добавки для бетонирования при проведении кладочных работ, т.к. они не обеспечат лёгкости, воздушности смеси и долгого времени жизни раствора, что важно для каменщиков.
Использование добавок для минимизации высолообразования на кирпичной кладке
Итак, модифицирующие добавки повышают качество раствора, его удобоукладываемость, прочность, морозостойкость и т.д. Кроме это использование пластификаторов для кладочных растворов позволяют уменьшить вероятность образования высолов на лицевых кирпичных стенах.
Высолы появляются из-за того, что через кладочный раствор начинает мигрировать влага, вынося с собой на лицевую сторону кирпича соли и другие легкорастворимые соединения. Т.к. добавка блокирует капилляры (снижается проницаемость раствора), то через них влага уже не может так легко вынести растворимые соединения. Помимо этого, сокращается количество воды для приготовления раствора, а это также уменьшает вероятность высолообразования.
Большая часть каменщиков обычно, всегда, при кладочных работах, использует средства для модифицирования раствора. Часто для этих целей применяются бытовых моющие средства — жидкое мыло, порошок и т.д. Мотивируется это тем, что и профессиональные добавки и «народные» средства содержат ПАВ (поверхностно-активные вещества), влияющие на вовлечение воздуха в смесь.
Важно: бытовые моющие средства, модифицирующие смесь, обеспечивают только похожий визуальный эффект, как и при применении специальных пластификаторов. Но в добавках для кладочных растворов есть разные ПАВ, которые, например, вовлекают в смесь воздух для крупных воздушных пор. Другие поверхностно-активные вещества не просто вовлекают воздух, а разбивают его на микропоры. Получается система замкнутых микропор, что обеспечивает повышение морозостойкости смеси и т.д.
Использование профессиональных добавок, от хорошо зарекомендовавшего себя производителя, позволяют гарантировать качество бетонных смесей и кладочных растворов.В стоимости всего каменного фасада, цена на профессиональные добавки невелика, поэтому нет смысла рисковать дорогим лицевым кирпичом и использовать для кладки бытовые моющие вещества. Т.к. это может привести к непредсказуемым конечным результатам в долгосрочной перспективе.
Бетон не будет прежним. Открытие российских ученых
В Швейцарии, в научном журнале Applied Sciences опубликованы результаты нового исследований ученых Донского государственного технического университета (ДГТУ). Они разработали компонент, который изменяет свойства бетона, делает его более прочным, устойчивым к образованию трещин. Эксперты высоко оценивают новую разработку: они считают, что теперь бетонные конструкции станут более долговечными и проблема преждевременного разрушения будет решена.
Что не так с бетоном
Строители давно говорили ученым о том, что современный состав бетона нуждается в изменениях, новых свойствах и повышении качества. У этого прекрасного материала есть серьезные недостатки: он непластичен, он растрескивается, у него – по сравнению с другими материалами – низкая прочность на растяжение и низкое отношение прочности к весу.
Алексей Бескопыльный Профессор ДГТУРазрушение бетона в железобетонных конструкциях является наиболее опасным, поскольку оно может привести к внезапному и прогрессирующему разрушению всего здания или сооружения.
В чем суть нового открытия
Проведены многочисленные исследования, которые показали, что предел прочности при изгибе нового материала увеличился на 79%, предельные деформации при осевом сжатии снизились на 52%, предельные деформации при осевом растяжении снизились на 39%, а модуль упругости увеличился на 33%, увеличение прочности на сжатие составило 35% по сравнению со стандартным бетоном. Эти показатели могут меняться в зависимости от состава волокон-добавок.
Как говорят ученые, бетон сможет иметь эти свойства, если в его составе будет определенный процент этих новых компонентов. И не менее важно, в каком порядке вводить их в бетонную смесь. Как говорит доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Сергей Стельмах, волокна в цементную матрицу нужно вводить перед крупным заполнителем (щебнем и т.п). А если ввести их уже к смеси цемента и щебня, волокна разрушатся и не дадут никакого эффекта.
Свойства бетона можно будет изменять в зависимости от того, для какой конструкции он используется. Здесь важен размер волокон и их количество в смеси. Самые удобные в работе волокна маленького размера делают материал более прочным, а в достаточном количестве и правильно распределенные по цементной матрице они будут повышать теплоизоляцию и контролировать деформации.
Как говорит доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Евгений Щербань, прочность далеко не всегда является главным качеством бутонной конструкции. Иногда большую надежность конструкции обеспечивает как раз деформативность, потому что высокопрочные материалы хрупки и практически лишены пластичности. А когда бетон непластичен и неудобно укладывается, это может стать причиной недоуплотнения, нарушения структуры и даже привести к разрушению всей конструкции.
Еще одно предложение по улучшению качества бетона, которое сделали ученые из Ростова-на-Дону – изменить состав смеси для бетона и заменить щебень керамзитом. Керамзит обладает высокой пористостью, с ним бетон будет легче, а его теплоизоляционные свойства повысятся.
Посмотрите наше обучающее видео о свойствах бетона, необходимых для частного домостроения.
Иностранные научные статьи о добавках в бетон
В настоящее время проблемы повышения прочности и долговечности бетона успешно решаются методом его модифицирования [2]. Управление структурообразованием цементных систем с помощью добавок позволяет получать высокопрочные бетоны с низкой проницаемостью и высокой коррозионной стойкостью [1; 2; 5].
Среди применяемых в технологии бетона модификаторов особое место занимают две большие группы добавок – минеральные добавки и суперпластификаторы (СП). Суперпластификаторы чаще применяют в бетонах с высокими расходами цемента, а минеральные добавки – в составах с низким содержанием цемента. Совместное использование минеральных и органических добавок является главным отличием современных бетонов от классического бетона [2; 6; 7].
Использование активных минеральных добавок способствует повышению прочности, плотности, коррозионной стойкости, экономии цемента в производстве бетона. При введении активных минеральных добавок в бетонную смесь увеличивается концентрация дисперсных частиц в цементном тесте, что снижает расслоение бетона. В твердеющем бетоне увеличивается степень гидратации цемента в раннем возрасте. На поверхности минеральных добавок отлагаются продукты гидратации цемента, а мельчайшие ее частички служат центрами кристаллизации [3; 7].
В качестве активных минеральных добавок применяют добавки различной природы происхождения: природные и искусственные (техногенные). Природные добавки представляют собой измельченные вулканические и осадочные горные породы, диатомит, вулканический пепел, туф. К техногенным добавкам относятся отходы или попутные продукты различных производств, такие как: микрокремнезем, бой силикатного и керамического кирпича, керамическая пыль, отходы от добычи и обработки каменных материалов, зола-унос, шлаки и т. д. [6; 7; 10]. В их состав также включают минеральные добавки в виде тонкомолотого цементного камня. Тонкое измельчение может быть осуществлено в высокоэнергетических мельницах и роторно-пульсационных агрегатах. Применение в бетоне таких добавок позволяет решить проблему их утилизации, значительно улучшить экологическую ситуацию и снизить себестоимость строительных изделий и конструкций [3; 9].
Тонкомолотый цементный камень приводит к формированию микроструктуры цементного камня с четкими срастаниями отдельных блоков в монолитную массу. Кристаллы портландита имеют не механические, а химические связи с частицами цемента, плотно обросшими новообразованными продуктами гидратации в виде губчатых агрегатов из микрокристаллического вещества. Данной спецификой микроструктуры объясняется более высокая прочность цементного камня, с синтезированного при введении тонкомолотого цементного камня, и подтверждается роль этой добавки как центра кристаллизации продуктов гидратации [9].
При использовании минеральных добавок, в виду их высокой дисперсности, значительно увеличивается водопотребность бетонной смеси. Поэтому необходимо вводить в их состав суперпластификаторы, которые обеспечивают высокую подвижность и связность бетонных смесей при низких значениях водоцементного отношения, длительную сохраняемость их свойств [3; 6; 7]. Применение некоторых техногенных минеральных добавок требует значительных затрат на их помол. В частности, помол старого бетона – энергоемкий процесс.
Представляется целесообразным ограничить дисперсность молотого цементного камня из старого бетона до степени грубого помола.
Целью исследования являлось изучение влияния минеральной добавки на основе молотого цементного камня с удельной поверхностью 100 м2/кг на прочность тяжелого бетона с добавлением пластифицирующих добавок.
Материалы и методы исследования
Исследовано влияние содержания добавки молотого цементного камня (МЦК) с удельной поверхностью Sуд = 100 м2/кг на прочность тяжелого бетона, модифицированного поликарбоксилатным суперпластификатором Glenium® ACE 430 компании BASF [4] и пластификатором Кратасол на основе модифицированного лигносульфоната натрия производства ОАО «Пигмент» [8].
В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМI 42,5Н производства ЗАО «Ульяновскцемент». В качестве крупного заполнителя использовался плотный доломитовый щебень, с прочностью по дробимости 1200, состоящий из смеси двух фракций: 5/10 мм – 60 % и 10/20 мм – 40 % по массе. В качестве мелкого заполнителя применялся мелкозернистый природный кварцевый песок с модулем крупности Мк=1,9.
Смеси приготавливались в лабораторном смесителе. Суперпластификаторы вводились в бетонную смесь с последней третью воды затворения после 5-ти минутного перемешивания. После этого смесь дополнительно перемешивалась в течение 3 минут. Подвижность смесей определялась по осадке конуса.
Из подвижных бетонных смесей виброуплотнением, в течение 10 с, формовались образцы-кубы размерами 100×100×100 мм. В процессе твердения в нормальных условиях в возрасте 3, 7 и 28 суток на испытательном прессе периодически контролировалась их прочность на сжатие.
Результаты исследования и их обсуждение
В таблице представлены составы равноподвижных бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П3 (ОК=12±1см). Содержание молотого цементного камня в бетоне варьировалось от 5 до 15 % от массы цемента.
Анализ водопотребности равноподвижных бетонных смесей показывает, что увеличение содержания молотого цементного камня приводит к росту водоцементного отношения до 5 %. Скомпенсировать рост водопотребности бетонной смеси можно с помощью суперпластификаторов. Присутствие добавки Glenium® ACE 430, в количестве 1 % от массы цемента, уменьшает водопотребность бетонной смеси на 15 %. Добавка Кратасол, в количестве 0,4 % от массы цемента, позволяет снизить водоцементное отношение на 8 %.
Читайте также: