Повышение прочности бетона с постоянным расходом цемента при введении инертных дисперсных добавок

Обновлено: 25.01.2025

Повышение прочности бетона

Бетон является наиболее распространенным в строительстве материалом, прежде всего, благодаря своей прочности и возможности получать его разновидности, обладающие теми или иными необходимыми свойствами. Вопросами выбора состава и характеристик бетона для изготовления тех или иных объектов занимаются специалисты, опираясь на существующие нормативные документы. Одним из самых важных параметров является прочность бетона. От того, какое назначение имеют сооружения, и в каких условиях они будут эксплуатироваться, зависит выбор класса бетона по прочности.

Расчеты при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций

Любые строительные работы предваряются разработкой проекта и проведением расчетов. Необходимо рассчитать прочность конструкций таким образом, чтобы она была достаточной, но не чрезмерной.

Недостаточная прочность конструкций может привести к снижению срока эксплуатации конструкций или возникновению аварийных ситуаций; чрезмерная прочность приводит к неоправданным расходам денежных средств.

Важно!

Расчеты производятся таким образом, чтобы обеспечить надежность сооружений на протяжении всего срока эксплуатации.

Различают предельные состояния первой и второй группы.

Предельные состояния первой группы приводят конструкции непригодность для эксплуатации.

Расчеты для первой группы подразделяются на следующие виды:

1. По прочности. Производятся из условий, в которых деформирующие силы не превышают указанных в нормативных документах значений.
2. По устойчивости формы (производятся для тонкостенных конструкций).
3. По устойчивости положения (сопротивление скольжению, опрокидыванию, всплыванию).

Предельные состояния второй группы уменьшают долговечность конструкций или затрудняют ее эксплуатацию в нормальном режиме.

Расчеты по второй группе производят с учетом воздействия кратковременных нагрузок и включают:

1. расчеты по образованию трещин;
2. расчеты по раскрытию трещин;
3. расчеты по деформациям.

Важно!

При расчетах учитывают все виды нагрузок, которые соответствуют назначению изделия, а также влияние факторов окружающей среды (перепады температур, влажность, низкие и высокие температуры) а также различные ситуации, например транспортировку, возведение, аварийные ситуации, пожары в соответствии с ГОСТ 27751.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase

Многофункциональная специальная добавка для фундаментных работ.

CemPlast

Универсальная суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка для бетонов.

Plastix

Многофункциональная пластифицирующая и водоредуцирующая добавка для бетонов.

При произведении расчетов принимают во внимание:

1. изгибающие моменты;
2. крутящие моменты;
3. продольные и поперечные силы;
4. местное действие нагрузки.

При этом нагрузку от массы элементов считают с коэффициентом 1,4 при монтаже и 1,6 при транспортировке этих элементов.

Важно!

Для изделий сложной конфигурации расчеты дополняются испытаниями физических моделей.

Расчеты по прочности железобетонных элементов производят по нормальным, наклонным, пространственным сечениям по предельным усилиям.

Какие бетоны применяются для изготовления железобетонных конструкций

Согласно СП 63.13330.2018, для изготовления бетонных и железобетонных сооружений и конструкций применяются следующие виды конструкционных бетонов:

1. тяжелые (2200–2500 кг/куб. м включительно);
2. мелкозернистые средней плотности (1800–2500 кг/куб. м включительно);
3. легкие средней плотности (800–2000 кг/куб. м включительно);
4. ячеистые средней плотности (500–1200 кг/куб. м включительно).

Основные характеристики бетонов

В соответствии с ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые», бетоны классифицируют следующим образом:

1. По прочности на сжатие бетоны подразделяются на классы, которые обозначаются литерой «В» и числовым выражением от В3,5 до В 120.
2. По морозостойкости на марки в соответствии с количеством выдерживаемых циклом замораживания-оттаивания (обозначаются литерой «F» и числом от 50 до 1000).
3. По водонепроницаемости на марки от W2 до W20.

Кроме того, бетоны классифицируются на классы по прочности на осевое растяжение и на растяжение при изгибе и на марки по истираемости.

Состав бетона

Составы бетонных смесей должны соответствовать требованиям ГОСТ 27006 с учетом требований ГОСТ 31384; они должны обеспечивать получение бетонов с нормируемыми показателями.

Цемент

Цементы являются вяжущим для изготовления бетонных смесей. Они должны выбираться в соответствии с требованиями ГОСТ 10178, ГОСТ 22266, ГОСТ 31108, ГОСТ 33174. Если бетон будет эксплуатироваться в агрессивных условиях, выбор цемента регламентируется ГОСТ 31384.

Заполнители

Заполнители для бетонных смесей подразделяются на крупные и мелкие.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase

Многофункциональная специальная добавка для фундаментных работ.

CemPlast

Универсальная суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка для бетонов.

Plastix

Многофункциональная пластифицирующая и водоредуцирующая добавка для бетонов.

Заполнители выбирают по следующим критериям:

1. зерновой состав;
2. прочность;
3. плотность;
4. морозостойкость;
5. содержание пылевидных и глинистых частиц;
6. содержание (наличие) загрязняющих примесей;
7. радиационно-гигиенической характеристике.

Характеристики заполнителей регламентируются ГОСТ.

Мелкий заполнитель

В качестве мелкого заполнителя в бетонных смесях применяется:

1. природный песок;
2. песок из отсевов дробления горных пород;
3. песок из шлаков черной металлургии;
4. мелкозернистые и золошлаковые смеси.

К мелким заполнителям предъявляются следующие требования:

1. истинная плотность от 2000 до 2800 кг/куб. м;
2. содержание глинистых и пылевидных частиц не более 3% (по массе).

Крупные заполнители

К крупным заполнителям относятся:

1. щебень;
2. гравий из плотных горных пород;
3. щебень из гравия;
4. щебень из отсевов дробления плотных горных пород;
5. щебень из шлаков черной металлургии;
6. щебень из дробленого бетона (железобетона) — не применяется в бетонах класса по прочности выше В35;
7. щебень из шлаков ТЭЦ.

Крупный заполнитель может применяться отдельными фракциями либо в виде смеси двух смежных фракций. Крупность зерен устанавливается стандартами, ТУ или иными нормативными документами.

От чего зависит прочность бетона, и в каких случаях необходимо ее повышать

Прочностные свойства бетона в первую очередь зависят от того, в какой пропорции используются цемент и песок в бетонной смеси. Прочность бетона прямо пропорциональна количеству цемента в смеси.

Поскольку цемент — это наиболее дорогостоящий компонент бетонного раствора, увеличение его процентного содержания в смеси приводит к росту расходов. Поэтому прочностные характеристики бетона рассчитываются в соответствии с назначением бетонной конструкции.

Повышенная прочность бетона может потребоваться при возведении ответственных сооружений, которые должны иметь повышенные эксплуатационные характеристики.

Факторы, влияющие на повышение прочности бетона

К основным методам повышения показателей прочности бетона относятся:

1. подбор состава бетонной смеси (выбор цемента, заполнителей и их пропорций);
2. армирование;
3. использование добавок.

Состав бетонной смеси

Для получения бетонных смесей, пригодных для изготовления ответственных конструкций, используют портландцементы, а также цементы со специальными свойствами. Выбор цементов зависит от условий эксплуатации и регламентируется нормативной документацией.

Повышение содержания цемента в бетонной смеси приводит в повышению класса по прочности бетона.

Качество заполнителей и воды затворения также определяется требованиями нормативной документации.

Армирование бетона

Для повышения прочностных характеристик сооружений применяется армирование, которое может быть монолитным, дисперсным либо с использованием сетки.

Каталог продукции CEMMIX

Фибра базальтовая

Базальтовая фибра (из ровинга), предназначена для объёмного армирования бетонов, строительных растворов и композиционных материалов.

Фибра полипропиленовая

Универсальное полипропиленовое армирующее волокно для добавки в раствор.

Современный метод повышения прочности, ударной вязкости и трещиностойкости, снижения усадочных явлений и истираемости бетона — применение полипропиленовой либо базальтовой фибры. Она обеспечивает объемное армирование бетона, при этом снижает трудозатраты на его обработку.

Советуем изучить: Для замены арматуры

Добавки для бетона

Возможности современной химической промышленности позволяют создавать добавки, которые придают бетону те или иные требуемые свойства. Добавки выбираются в зависимости от того, какие характеристики бетонных смесей и бетонов необходимо получить.

Компания Cemmix выпускает широкую линейку добавок для бетона. Они поставляются в удобной жидкой форме, их легко дозировать. Добавки экономичны, применяются в небольших дозировках, обеспечивают гарантированный эффект, безопасны для людей и совместимы со всеми цементами отечественного производства. Их легко приобрести, поскольку они продаются не только оптом от производителя, но и в розничных сетях, включая интернет-магазины.

Пластификатор Plastix

Пластификаторы применяются для повышения подвижности бетонных смесей, в результате чего можно, не изменяя водоцементного соотношения, получать более пластичные и удобные в работе смеси, в том числе, литые самоукладывающиеся бетонные смеси, не требующие виброобработки при укладке.

Это позволяет экономить трудозатраты, электроэнергию, обходиться без использования специального оборудования для виброобработки.

Добавление пластификатора Plastix предотвращает расслоение смеси, а также позволяет длительную транспортировку готовой бетонной смеси.

Добавление пластификатора Plastix уменьшает в бетоне количество и размер воздушных пузырьков, поэтому плотность готового бетона повышается, а вместе с плотностью повышаются прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Применение пластификаторов экономически оправдано, поскольку позволяет без снижения прочностных характеристик готового бетона уменьшать количество цемента в смеси до 10–15%, также экономится вода затворения.

Суперпластификаторы CemBase и CemPlast

Суперпластификаторы обладают пластифицирующими и водоредуцирующими свойствами.

От пластификаторов они отличаются наличием дополнительных свойств, в частности, CemBase и CemPlast повышают водонепроницаемость бетонов.

Гидрофобизирующая добавка для бетона CemAqua

Гидрофобизирующая добавка CemAqua на основе полимеров обеспечивает объемную гидрофобизацию и придает бетонам водонепроницаемость, а также морозостойкость.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase

Многофункциональная специальная добавка для фундаментных работ.

CemPlast

Универсальная суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка для бетонов.

CemAquaStop

Комплексное влагоотталкивающее средство для обработки поверхностей.

Plastix

Многофункциональная пластифицирующая и водоредуцирующая добавка для бетонов.

Устраняя намокание поверхности бетона, CemAqua препятствует появлению высолов и плесени, увеличивает коррозионную стойкость бетона, снижает его теплопроводность.

Важно!

При необходимости использовать одновременно гидрофобизатор и пластификатор, норму добавок (обычно максимальная норма составляет 5% от массы цемента) распределяют на оба вида добавок, например 30% пластификатора и 70% гидрофобизатора.

Специализированная высокоэффективная пластифицирующая и упрочняющая добавка для заливки теплых полов CemThermo

Добавка CemThermo позволяет получить ровную однородную стяжку с гладкой поверхностью и без трещин.

Применяя CemThermo, можно заливать стяжки толщиной от 3 мм, прочность и устойчивость стяжки к истиранию при этом повышается. За счет уплотнения смеси, она лучше прилегает к нагревательным элементам, что позволяет на 10–15% повысить теплоотдачу.

Ускоритель твердения CemFix

Обычно для ускорения набора прочности применяют быстротвердеющие цементы либо увеличивают долю цемента в бетонной смеси, что приводит к дополнительным расходам.

Комплексная добавка CemFix обладает пластифицирующим и ускоряющим действием, позволяя бетону быстрее достигать распалубочной прочности. Это позволяет повысить оборачиваемость оборудования, а также экономить до 15% цемента без снижения прочности.

Противоморозные комплексные добавки для бетонных и растворных смесей CemFrio и HotIce

При необходимости заливать бетон при температурах ниже +5°С используются различные методы, чтобы обеспечить условия для набора прочности бетона. Это могут быть мероприятия по прогреву бетона или сохранению тепла («теплый бетон») либо применение специальных добавок: ускорителей твердения, солей, которые понижают температуру замерзания воды в бетонной смеси.

Применение солей может негативно отразиться на состоянии арматуры; возможно также появление высолов.

Каталог продукции CEMMIX

CemThermo

Cпециализированная высокоэффективная пластифицирующая и упрочняющая добавка для заливки теплых полов.

CemFrio

Универсальная комплексная противоморозная добавка для бетона.

HotIce

Комплексная противоморозная добавка для проведения работ при отрицательных температурах

CemFix

Высокоэффективный ускоритель – добавка комплексного действия для бетонов и растворных смесей требующих высокой ранней прочности.

Современное решение — применение в бетонных смесях противоморозных добавок CemFrio и HotIce, которые позволяют проводить бетонные работы в морозы до –20°С, при этом снижают водопотребность смеси, снижают расход цемента на 5–10%, защищают арматуру от коррозии, улучшают сцепление бетона с арматурой, повышают оборачиваемость оборудования и материалов для опалубки.

Современные химические добавки для бетонных смесей позволяют добиваться необходимых характеристик бетона без дополнительных расходов и трудозатрат, а также экономить материалы без снижения прочности бетона.

Повышение прочности бетона с постоянным расходом цемента при введении инертных дисперсных добавок

Рассматриваются основные эффекты от минеральных добавок обычной дисперсности в бетоне: микронаполняющий и пуццолановый. Проанализированы составляющие микронаполняющего эффекта и их зависимость от расхода цемента в бетоне. Приведены коэффициенты эффективности инертных добавок и зол ТЭС.

Минеральные добавки (МД) становятся в последнее время почти обязательным компонентом бетона, обеспечивающим улучшение его технических свойств. Они вводятся в больших количествах (50-150 кг/м3 и более) и в сравнении с другими видами добавок оказывают наиболее многоаспектное воздействие на структуру и свойства бетона. Картина осложняется и тем, что к МД относятся несколько групп дисперсных материалов:

• микронаполнители или инертные добавки (пылевидные отходы при дроблении горных пород и т.д.);

• активные МД с небольшой пуццоланической активностью (кислые золы ТЭС);

• высокоактивные добавки (микрокремнезем, природные пуццоланы).

Это разделение не является абсолютным. Добавки, инертные при обычной дисперсности (200 - 500 м 2 /кг) становятся высокоактивными при сверхтонком измельчении (более 1500 м 2 /кг).

Эффекты высокодисперсных добавок, наряду с другими аспектами получения высококачественных бетонов, рассмотрены в монографии Ю.М Баженова, В.С. Демьяновой и В.И Калашникова. Но для обычных бетонов дополнительное измельчение МД или какие-либо способы выделения из них тонкодисперсных частиц нежелательны, т.к. приводят к заметному их удорожанию. Тем более, что при обычной дисперсности они могут улучшать комплекс свойств бетона при одновременном экономическом эффекте за счет снижения не только расхода цемента, но и заполнителей.

Основные эффекты МД в бетоне - это микронаполняющий и пуццоланический (химическая активность по отношению кСа(ОН)₂).

Кроме того, МД могут изменять водо-потребность бетонных смесей.

Эффективность пуццоланически активных добавок увеличивается при тепловой обработке бетона, но сегодня для практики более интересны их эффекты при нормальном твердении, что и рассматривается ниже. Большая часть приводимых данных получена на подвижных смесях при расходах МД порядка 100 кг/м 3 .

Микронаполняющим эффектом называют повышение прочности бетона с постоянным расходом цемента при введении инертных дисперсных добавок, иногда он наблюдается даже при некотором росте водопотребности смеси. В качестве добавки, используемой для изучения этого эффекта в «чистом» виде, обычно применяется молотый песок.

Следует отметить, что наполнение различных материалов (называемых в этом случае матрицами) дисперсными порошками или другими компонентами широко используют для получения композиционных материалов. Наполнение цементного камня дисперсными частицами имеет свои особенности. Если полимеры и металлические матрицы являются плотными и при наполнении их плотность не меняется, то цементные матрицы - пористые и при наполнении их пористость снижается. Но это происходит лишь тогда, когда повышается концентрация твердых частиц в цементном тесте - камне, т.е. когда МД вводится либо взамен песка, либо цемента и песка одновременно.

В первом приближении целесообразность введения МД в бетон можно объяснить, исходя из практики получения бетонов различной прочности на цементе одной марки. Это приводит к расходу цемента от 200 до 500 кг/м3. При низких расходах цемента в бетоне имеет место дефицит дисперсных частиц, который и может быть компенсирован введением МД. При определении их количества можно исходить из того факта, что наилучшее использование цемента (оцениваемое расходом на единицу прочности бетона) достигается при его содержании 400-500 кг/м 3 бетона. Учитывая нежелательные последствия высокого расхода цемента (рост тепловыделения, усадки), за оптимум можно принять 400 кг/м 3 . Для бетонов с МД суммарное содержание дисперсных частиц, обеспечивающее наилучшее использование цемента независимо от его расхода, также составило 400-480 кг/м 3 , что позволяет уже говорить об оптимальном содержании дисперсных частиц в бетоне. Соответствующее положение было установлено еще в начале прошлого века учеными Фере, Н.А. Поповым и другими. Базируясь на нем и на приведенных выше цифрах для бетона на заполнителях средней крупности можно ориентировочно принять, что количество МД должно дополнять расход цемента в бетоне до суммарного содержания дисперсных частиц - 400 кг/м 3 . Полученную величину МД = 400-Ц (кг/м 3 ) следует уточнить экспериментально.

Повышение прочности бетона с постоянным расходом цемента при введении инертных дисперсных добавок

мелкозернистый бетон комплексные добавки микрокремнезм дисперсность свойства бетона 1. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества / А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников – М.: Стройиздат, 1979. – С. 476. 2. Ильина Л.В. Влияние дисперсности минеральных добавок на прочность цементного камня / Л.В. Ильина, Г.И. Бердов, М.А. Раков, А.В. Мельников // Новые технологии в строительном материаловедении. – 2012. – С. 68–71. 3. Кирсанова А.А. К вопросу о долговечности бетонов с комплексными добавками, включающими метакаолин / Кирсанова А.А., Ионов Ю.В., Крамар Л.Я. // Фундаментальные и прикладные науки – основа современной инновационной системы. – 2015. – С. 198–203. 4. Лесовик В.В. Повышение эффективности вяжущих за счет использования наномодификаторов / В.В. Лесовик, В.В. Потапов, Н.И. Алфимова, А.В. Иванов // Строительные материалы. – 2011. – № 12. – С. 60–62. 6. Стефаниду М. Влияние нано-SiO2 на цементные растворы / М. Стефаниду, И. Папаянни // Композиты. – 2012. – № 6. – С. 2706–2710.

Исследуемые материалы и методика измерения прочности

В данной работе использовался портландцемент класса ЦЕМ I 42,5Н. В качестве заполнителя применялся песок ОАО «Камнереченский каменный карьер» с модулем крупности 2,5. В качестве модифицирующих добавок использовались: активная минеральная добавка (микрокремнезем МК-85), инертная минеральная добавка (диопсид), а также их комплексное введение.

На первом этапе изучалось влияние загрязняющих примесей в заполнителе на прочностные показатели. Для этого формовались две серии образцов на естественном песке и на чистом песке. Прочностные характеристики мелкозернистого бетона определялись при испытании образцов, с размерами 40×40×160 мм после 28 суток твердения в нормальных условиях. Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Влияние загрязняющих примесей в заполнителе на прочность мелкозернистого бетона

Состав мелкозернистого бетона ПЦ: песок в пропорции

Прочность мелкозернистого бетона, МПа, в зависимости от количества загрязняющих примесей в песке, %

Примечание. * Коэффициент вариации при определении прочности составлял не более 2,5 %.

Анализ результатов показал, что при использовании чистого песка прочность на сжатие мелкозернистого бетона увеличивается на 11,9 %, возрастает также прочность на изгиб на 6,8 %. Поэтому для исключения влияния загрязняющих примесей в заполнителе в дальнейших экспериментах использовался чистый песок.

Добавка – микрокремнезем – являясь отходом производства, имеет высокую удельную поверхность (2180 м2/кг, при сравнении – данный цемент имеет удельную поверхность 354 м2/кг). Положительное действие микрокремнезема в цементных композициях объясняется реакцией пуццоланизации (схема *) [3].

SiO2 + Ca(OH)2 + H2O = = mCaO·nSiO2·qH2O. (*)

Иллюстрации структуры образцов выполнены с помощью растрового сканирующего электронного микроскопа Phenom G2 Pure. Анализ снимков показал высокую пористость немодифицированного бетона (рис. 1, а). Добавление микрокремнезема существенно изменяет микроструктуру материала, в которой формируются гидросиликаты кальция игольчатой структуры (рис. 1, б).

Рис. 1. Микроструктура образцов при увеличении 2500: а – контрольный образец; б – образец с добавлением микрокремнезема МК-85

Это также подтверждается данными дифференциально-сканирующей калориметрии (рис. 2).

Рис. 2. Дифференциально-сканирующая калориметрия образцов после высолообразования: 1 – контрольный образец; 2 – образец с микрокремнеземом МК-85 в сочетании с пластификатором

Влияние массовой доли микрокремнезема на прочностные показатели мелкозернистого бетона

Прочностные показатели мелкозернистого бетона, МПа

Примечание. * Коэффициент вариации при определении прочности составлял не более 2,5 %.

Добавление микрокремнезема способствует образованию гидросиликатов кальция меньшей основности. Это характеризуется экзотермическим эффектом, проявляемым на линии ДСК при температуре 930 °С, соответствующим кристаллизации безводного силиката кальция. На линии TGA у образцов, модифицированных микрокремнеземом, отмечается меньшее количество несвязанной воды, которая вследствие ступенчатой дегидратации удаляется как при низких, так и при высоких температурах. Эндотермические эффекты на границах температур 700–850 °С подтверждают образование гидросиликатов кальция разной основности. При этом удаление кристаллогидратной воды в контрольном образце происходит при температуре 825 °С, а в образце с микрокремнеземом происходит при температуре 788 °С.

Кристаллы гидроксида кальция обладают меньшей прочностью, чем гидратированные силикаты кальция [4–6], что предопределяет более низкие механические показатели контрольных образцов, изготовленных без микрокремнезема (табл. 2).

Анализ данных табл. 2 свидетельствует о том, что зависимость прочностных свойств бетона от массовой доли микрокремнезема не монотонная. Максимальные значения прочности достигаются при массовой доле равной 12 %, прочность на сжатие при этом повышается почти на 55 %, а на изгиб – почти на 14 %.

При введении диопсида, в качестве добавки, происходит перераспределение напряжений при приложении внешней нагрузки. Твердость диопсида по шкале Мооса равна 7, а это значит, что модуль упругости материала добавки больше, чем у цементного камня, и концентрация напряжений будет происходить на частицах добавки, что приведет к увеличению механической прочности образцов.

Диопсид был измельчен в разных мельницах до различной дисперсности. Были получены 3 размера – 52,5 мкм, 10,4 и 8,9 мкм. Массовая доля диопсида варьировалась от нуля до девяти процентов от массы цемента. Полученные прочностные характеристики приведены в табл. 3.

Влияние количества и дисперсности диопсида на прочность при сжатии мелкозернистого бетона

Прочностные показатели бетона, МПа

Дисперсность добавок, мкм

Примечание. * Коэффициент вариации при определении прочности составлял не более 2,5 %.

Проведенные эксперименты показывают, что введение диопсида во всех случаях повышает прочностные свойства. Характер влияния массовой доли при этом не универсален и определяется средним размером модифицирующих частиц. С уменьшением дисперсности значения массовой доли добавки, при которой достигается максимальная прочность, также снижается. Оптимальное значение содержания добавки с наименьшими частицами составляет 3 %, а с наибольшими – 7 %. При этом достигаемые значения прочности по сжатию оказываются весьма близки и изменяются от 46,3 до 48,4 МПа. В свою очередь, прочность на изгиб изменяется от 8,2 до 8,6 МПа.

Проведенные эксперименты показывают, что введение диопсида во всех случаях повышает прочностные свойства. Характер влияния массовой доли при этом не универсален и определяется средним размером модифицирующих частиц. С уменьшением дисперсности значения массовой доли добавки, при которой достигается максимальная прочность, также снижается. Оптимальное значение содержания добавки с наименьшими частицами составляет 3 %, а с наибольшими – 7 %. При этом достигаемые значения прочности по сжатию оказываются весьма близки и изменяются от 46,3 до 48,4 МПа. В свою очередь, прочность на изгиб изменяется от 8,2 до 8,6 МПа.

Измельчение на мельнице АГО-9 является экономически нецелесообразным из-за большого расхода энергии и несущественного различия дисперсности, поэтому для дальнейшего эксперимента выбраны порошки диопсида с диаметром частиц 8,9 и 52,5 мкм, концентрация 3 % и 7 % соответственно, имеющие наиболее высокое влияние на упрочнение образцов. Результаты испытаний на изгиб и сжатие представлены в табл. 4.

Влияние совместной добавки микрокремнезема и диопсида на прочность мелкозернистого бетона

Размер зерен диопсида, мкм

Количество добавки, % мас.

Прочностные показатели, МПа, мелкозернистого бетона

Примечание. * Коэффициент вариации при определении прочности составлял не более 2,5 %.

Как видно из таблицы, использование для приготовления мелкозернистого бетона модифицирующих добавок, включающих одновременно микрокремнезем и диопсид, приводит к заметному эффекту. Прочность на сжатие при совместном использовании добавок оказывается выше, чем при отдельном использовании каждой из них. Максимальное упрочнение бетона достигается при введении комплексной добавки, включающей 7 % по массе диопсида с частицами размером 52,5 мкм и 12 % микрокремнезема. Прочность на сжатие мелкозернистого бетона при этом увеличивается в 2,5 раза.

Максимальная прочность на изгиб при использовании комплексной добавки фиксируется при 3 % диопсида с частицами размером 8,9 мкм и 4 % микрокремнезема. При максимальном значении прочности изученных образцов на сжатие их прочность на изгиб меньше максимальной примерно на 7 %.

Заключение

Таким образом, использование минеральных добавок [1], как инертных (диопсида), так и активных (микрокремнезема), в качестве модифицирующих добавок позволяет получать мелкозернистый бетон с высокими показателями прочности.

Введение диопсида приводит к существенному повышению прочности образцов, вследствие микроармирования структуры и перераспределения напряжений в случае приложения внешней нагрузки. Из числа рассмотренных составов максимальное увеличение прочности – на 45,7 % и 46,7 % – достигается при введении 3 % диопсида с дисперсностью 8,9 мкм и 7 % диопсида с дисперсностью 52,5 мкм соответственно.

С уменьшением дисперсности инертной минеральной добавки уменьшается ее оптимальное количество, обеспечивающее наибольшее упрочнение, что соответствует теории плотнейшей упаковки частиц [2].

Добавление в состав мелкозернистого бетона 12 % микрокремнезема позволяет увеличить прочность на сжатие до 55 %, так как микрокремнезем связывает свободный гидроксид кальция в низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие большую прочность.

В случае с микрокремнеземом правило Полинга не может быть применено, так как в нем не учитывается химизм добавки. Оптимальная концентрация достигается в случае, когда микрокремнезема достаточно для участия в химической реакции.

Наибольшую эффективность оказывает комплексное введение 12 % микрокремнезема и 7 % диопсида с дисперсностью 52,5 мкм. Мелкозернистый бетон с таким соотношением добавок имеет прочностные характеристики в 2,5 раза выше по сравнению с контрольным, сочетая в себе оба механизма упрочнения инертной и активной добавок.

Как продлить сохраняемость бетонной смеси

Вопрос “как продлить сохраняемость бетонной смеси?” один из самых сложных и актуальных для производителей и поставщиков бетона. Ситуаций, когда это нужно сделать, очень много. Например, при длительной транспортировке или в жаркую погоду. В этой статье мы рассмотрим несколько способов решения данной проблемы.

В каких случаях требуется продлить сохраняемость бетонной смеси

Продлить сохраняемость бетонной смеси требуется, когда:

• необходимо произвести длительную транспортировку бетонной смеси (свыше трех часов от момента изготовления до укладки в опалубку);
• необходимо произвести транспортировку бетонной смеси при высоких температурах окружающей среды;
• необходимо сохранить технологические свойства смесей в случае возникновения в производстве бетонных работ технологических перерывов;
• портландцемент имеет склонность к быстрому схватыванию, в том числе при совместном использовании с пластифицирующими добавками, при применении быстротвердеющего, либо тонкомолотого цемента с удельной поверхностью свыше 4100 см²/г.

Время транспортировки свыше 3 часов, как правило, требует внешнего воздействия на стандартные процессы гидратации минералов портландцемента. Насколько сильным будет негативный эффект при наборе распалубочной и конечной прочности бетоном напрямую зависит от длительности такого воздействия.

Как продлить сохраняемость бетонной смеси

Способ 1. Дробное дозирование суперпластифицирующей добавки*

Суть его заключается в торможении процессов гидратации и гидролиза клинкерных минералов. При этом достигается возможность сохранения высокой подвижности литого бетона при температуре воздуха 35 С. Этот способ не только эффективен на практике, но и согласован с ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» .

*Уточняйте расход у специалистов

ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» пункт 9.5 ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» пункт 9.5

Использование технологического регламента обязательно!

Для достижения оптимальной работы пластифицирующей добавки крайне важна технология введения.

Технология оптимального введения пластифицирующей добавки:

1) вместе с расчетным (на замес) количеством воды затворения;

2) в предварительно перемешанную бетонную смесь с оставшейся частью (10. 20%) воды затворения за 1. 2 мин до окончания перемешивания;

Рекомендуемое время приготовления бетонных смесей с пластифицирующими и воздухововлекающими добавками составляет 100. 150 с для смесителей принудительного действия и 240. 300 с для смесителей гравитационного действия. В зимний период времени продолжительность перемешивания, как правило, увеличивается на 15. 25% по сравнению с летним. В любом случае продолжительность перемешивания не должна быть менее величин, указанных в ГОСТ 7473 Приложение А.

Способ 2. Модификаторы на основе суперпластификаторов и замедляющих компонентов

Если учесть факторы, влияющие на свойства сохранения подвижности во времени (такие, как температура, влажность, длительность транспортировки и т.п.), применение специализированных модификаторов является наиболее технологически приемлемым способом регулирования реологических характеристик. Широкое распространение получили комплексные продукты на основе суперпластификатора и замедляющих компонентов. Соблюдение основных правил бетонирования (СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции) при использовании комплексных добавок делает их незаменимой составляющей в технологии бетонирования, предусматривающей длительную сохраняемость бетонных смесей и интенсивную кинетику твердения бетона в конструкции.

Способ 3. Ввести замедлитель во время изготовления
Такой способ технологически более затруднителен, чем применение комплексной добавки, но имеет ряд значительных преимуществ. В частности, речь идет о возможности использования замедлителя не постоянно, а только в тех случаях, когда требования к бетонным смесям предполагают особо длительный срок доставки – до 5-6 часов.

Добавки-замедлители достаточно эффективны в небольших расходах, при этом замедление схватывания вызывается адсорбцией добавки на продуктах гидратации цемента, особенно на Са(ОН)₂, а также на поверхности исходных гидратированных минералов. На результат действия добавок оказывает влияние состав исходного цемента, содержание в нем щелочей. Необходимо обратить внимание, что при применении замедлителей набор прочности бетона пойдет по другому.

Способ 4. Заменить часть цемента на минеральные добавки, шлак, золу
Механизм действия гидравлически активных добавок в основном обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза C₃S при гидратации цемента. При этом в основном образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа C-S-H, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые, увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.

Пуццоланический эффект действия тонкодисперсных добавок в бетонах проявляется в химическом взаимодействии активного кремнезема с известью по схеме:

SiO₂ + Ca(OH)₂ + n(H₂O) -> (B) CaO • SiO₂ • H₂O.

Образование гидросиликатов кальция обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.

Вместе с этим уменьшение свободной гидроокиси кальция в структуре цементного камня способствует повышению коррозионной стойкости бетона к коррозии I-го вида — выщелачиванию и коррозии II-го вида — химической коррозии, так как исключает образование легкорастворимых гидроксидов магния, натрия и других.

Таким образом, введение химически активных минеральных добавок-наполнителей способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования добавок в бетонах и растворах.

Введение указанных выше минеральных добавок влияет на сохранения первоначальной подвижности следующим образом: замедление схватывания и твердения объясняется медленной пуццолановой реакций добавок и ее низкой скоростью гидратации по сравнению с цементом. Таким образом, вследствие медленного твердения минеральных добавок (зола, шлак) в бетоне их можно использовать вместо дорогостоящей химической добавки замедлителя схватывания.

Что в итоге?

Какой способ продления сохраняемости бетонной смеси будет наиболее эффективным зависит от множества факторов, в первую очередь от условий производства и характеристик материалов для бетона.

— увеличение расхода пластифицирующей добавки лучше всего подойдет, когда требуется продлить сохраняемость до 5-6 часов.

— модификаторы на основе суперпластификаторов и замедляющих компонентов используют в случаях, когда требуется замедлить набор прочности на 1-2 сутки, продлить сохраняемость свыше 6 часов.

— замедлитель вводят, если необходимо снизить температуру тепловыделения и исключить появление холодных швов в конструкциях.

Добавки в бетон для повышения прочности

Прочный бетон является залогом длительной службы зданий и сооружений, которые строят с использованием этого материала. По этой причине большинство строителей задается вопросом, как увеличить прочность цементного раствора. В настоящее время с целью увеличения механической прочности бетонной смеси используют армирование с помощью металлических элементов и специальных добавок. В первом случае необходимо закупить большое количество дорогостоящих компонентов, а специальные добавки характеризуются низкими затратами времени и денег. Добавки в бетон для повышения прочности являются отменным способом увеличить не только прочность, но и влагостойкость, коррозионную стойкость и морозостойкость, устойчивость к сжатию и изгибу.

Основные преимущества добавок в бетон

Главные достоинства добавок в бетон, перед альтернативными вариантами увеличения прочности бетонного раствора:

• Значительная экономия цемента при сохранении всех эксплуатационных параметров готовых изделий.
• Увеличение подвижности бетона способствует улучшению качества работ по заливке бетоном армированных конструкций.
• Повышение характеристик морозостойкости и устойчивости к образованию трещин.
• Снижение величины усадки твердеющего бетона позволяет снизить расход раствора.
• Повышение уровня адгезии (сцепления) металлической и пластиковой арматуры с бетонной смесью.
• Повышение механической прочности бетона при низких дополнительных финансовых затратах.
• Возможность отказаться от процедуры использования вибратора, что сокращает трудоемкость выполняемых работ.

Сфера использования

Большинство профессиональных строителей добавляют в бетон для прочности специальные добавки. Это необходимо при строительстве особо ответственных объектов, а также нестандартной технологии производства бетонной смеси:

• Изготовление монолитных конструкций , которые будут эксплуатироваться в сложных условиях.
• Изготовление бетонной смеси с нестандартным заполнителем (гранотсев, мелкозернистый песок и др.).
• Обустройство конструкций из тяжелого монолитного бетона класса М200 и более.
• Изготовление железобетонных изделий из мелкоячеистого неавтоклавного бетона.
• Обустройство наливного пола на объектах с повышенными требованиями к прочности поверхности ( автомобильные или мусоросжигательные заводы, торговые предприятия и пр.)

Сфера использования добавок в бетон с каждым годом расширяется за счет положительного опыта их использования на протяжении многих лет.

Что добавляют в бетон для прочности

В зависимости от основного принципа действия и химического состава, все упрочняющие добавки разделяют на несколько типов:

• Пластификаторы. Это специальные сыпучие или жидкие составы, которые используют для увеличения подвижности бетонного раствора. Конечно, дополнительная вода способна сделать смесь более подвижной, но при этом, ухудшается качество бетона и его внешний вид (трещины, сколы и пр.). Пластификатор для бетона позволяет существенно снизить пористость готового изделия, что положительно сказывается на механической прочности, влагостойкости и коррозийной стойкости. При использовании пластификаторов экономится цемент.
• Ускорители и замедлители набора прочности. Эта разновидность химических веществ, предназначенных для ускорения или замедления твердения бетонной смеси, улучшения его прочности, стойкости к изгибу и сжатию. Наличие ускорителей набора прочности позволяет снизить продолжительность термической обработки, что сокращает технологический цикл производства железобетонных изделий. Вместо ускорителей можно применять электроподогрев смеси, но это дорого и сложно. Замедлители набора прочности используют при длительной транспортировке смеси, а также при заливке больших или достаточно протяженных конструкций. В противном случае, при неравномерном затвердевании возможны образования стыков, которые ослабят конструкцию.
• Фиброволокно. Представляет собой строительное волокно из микрочастиц термопластичного полипропилена. Добавка этого типа увеличивает стойкость к истиранию, ударам и раскалыванию. Фиброволокно позволяет изготавливать бетонные изделия самой различной формы, что делает его незаменимым в архитектурном строительстве.
• Гидрофобизаторные добавки . Гидрофобизатор является смесью на основе акрила или кремнийорганических веществ. Поверхностный способ нанесения добавок этого типа позволяет использовать их для уже готовых бетонных изделий. Глубина пропитки бетона гидрофобизатором составляет вплоть до нескольких сантиметров. Благодаря обработке этим составом, поверхность бетона приобретает водоотталкивающие свойства, механическая прочность и стойкость к растрескиванию.

• Противоморозные добавки. Они позволяют производить качественный бетонный раствор, который имеет высокую стойкость к воздействию отрицательных температур. Благодаря этому появляется возможность эксплуатировать железобетонные изделия во всех климатических районах. Кроме этого противоморозные добавки обеспечивают быстрые темпы набора прочности и снижают содержание влаги в бетоне. Следует отметить, что многие ускорители прочности также оказывают на бетонную смесь противоморозное действие.
• Комплексные добавки. К данной категории веществ относят химические добавки, которые включают комплекс из нескольких составляющих различного предназначения. Добавки этого типа не только увеличивают прочность бетона, но и повышают его влагостойкость, морозостойкость и износостойкость.

Важный момент: бетонная смесь изначально должна быть хорошего качества, в противном случае, никакие добавки не помогут. Ну и не забываем о тестировании бетона. Его проводят не только на заводе-изготовителе бетонной смеси, но и на строительной площадке (делается пробный замес, заливаются кубики и после затвердевания их испытывают на прессе).

Наше предложение

Группа компаний СМК выполняет комплексное строительство объектов с использованием бетонного раствора, укрепленного с помощью специальных добавок. Наши специалисты знают, как сделать крепкий цементный раствор для обустройства самых сложных и нестандартных конструкций:

• Фундаменты ( ленточный , плитный и др.)
• Цокольные этажи
• Стяжка пола
• Монолитные стены
• Плиты перекрытия
• Бетонные полы
• Ступени/лестницы
• Несущие колонны

При необходимости увеличить стойкость к внешним негативным факторам влияния мы используем полиуретановое защитное покрытие, которое позволяет существенно улучшить защиту бетонных изделий от влаги, мороза и механических ударов. В своей деятельности мы используем только качественные расходные материалы и строго придерживаемся требований к выполнению технологических операций. Благодаря этому все наши объекты характеризуются отменными эксплуатационными параметрами. Для заказа строительных работ, следует позвонить или написать нам, что позволит нашему менеджеру грамотно проконсультировать по всем интересующим вопросам.

На видео устройство упрочненных бетонных полов с топпингом силами нашей компании:

Читайте также:

  
• Сн 277 80 инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона
  
• Оказание услуг по укладке плитки
  
• Упоры для заливки бетона
  
• Керамогранит со стеклянным покрытием
  
• Как выравнивать бетон при заливке своими руками