ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ БЕТОНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУПЕРПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОКСИЛАТА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Оптимизации бетонных смесей в производственных условиях с учетом требований к свойствам продукции и по экономическим причинам, придается большое значение. Для получения высоподвижных бетонов целесообразны суперпластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилата. Получены высокотехнологичные самоуплотняющие бетоны с применением добавок MasterGlenium 115 и MasterGlenium SKY 591 классом по подвижности П5.

Ключевые слова:
высокотехнологичный бетон, добавка, суперпластификатор на основе поликарбоксилата, самоуплотняющийся бетон.
Текст

Оптимизации бетонных смесей в производственных условиях с учетом требований к свойствам продукции и по экономическим причинам, придается большое значение. Предприятия, осуществляющие производство железобетонных изделий и конструкций или бетонных смесей не обходятся без применения специальных добавок для бетона, существенно улучшающих качество и характеристики смеси и регулирующих процессы схватывания цемента и его твердения.

Современные производители бетона и железобетонных изделий и конструкций учитывают все возможности и нюансы, позволяющие рационально подобрать и  приготовить высокотехнологичную бетонную смесь, увеличить прочность, влагонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость, сделать продукцию высокого качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Для повышения эффективности работы производители бетона и железобетонных изделий и конструкций используют специальные добавки в бетоны, воздействующие на поведение вяжущего на различных стадиях схватывания и твердения, и влияющие на качественные характеристики, как сборной, так и монолитной продукции, в течение всего периода эксплуатации.

Модифицирующие добавки

Традиционно, бетоны представляют собой трехкомпонентную систему из цемента, заполнителя и воды. В последнее время все больше наблюдается переход от трехкомпонентной системы к четырех-, пятикомпонентной системам с использованием современных модификаторов бетона, микронаполнителей и других компонентов               (рис. 1), вводимых в незначительном объеме (десятых и сотых долях процента по отношению к массе цемента), но существенно влияющих на химические процессы твердения бетона, обеспечивающих оптимизацию и улучшение физико-механических характеристик изделий, и в том числе прочности, морозостойкости, водопоглощения и т.д.

 

 

Рис. 1.  Переход от трех к пятикомпонентной системе при оптимизации бетонов

 

В настоящее время наибольшее значение имеют суперпластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилата (PCE),  разработка которых тесно связана с созданием самоуплотняющихся бетонов (SCC). Первый патент на эту группу веществ и их  использование в качестве суперпласти-фикаторов для бетона был заявлен  в  начале  80-х  годов  прошлого столетия в Японии.  С использованием суперпластификаторов на  основе эфиров поликарбоксилатов были построены известные объекты: мост через залив в Токио (Tokio Bay Bridge) и высотные здания в центре Токио (Tokio Central Towers) [1–3].                 

В середине 90-х годов суперпластификаторы на основе эфиров поликарбоксилатов начали применять и в Европе. Значительную роль в разработке и внедрении новых видов  суперпластификаторов рассматриваемого типа  сыграл концерн BASF. Созданные РСЕ-суперпластификаторы позволяют производителям бетона получать продукты с улучшенными характеристиками и оптимизировать процесс производства, как с точки зрения экономики, так и с точки зрения экологии [4]. Главным положительным свойством поликарбоксилатов и тем новым элементом в способе разработки добавок, является то, что производители бетона могут сначала решить, какие свойства они хотели бы видеть в суперпластификаторе, а затем конструировать молекулы для получения именно заданного результата.

Применение высокоподвижной смеси, при производстве работ обеспечивает следующие преимущества:

- возможность бетонирования густоармированных конструкций при полном исключении виброуплотнения, что способствует улучшению экологии, а также снижению уровня шумового и вибрационного воздействия на рабочих;

- повышение производительности при производстве бетонных работ (увеличение скорости укладки бетона, значительное снижение трудозатрат, повышение оборачиваемости форм опалубки), увеличение темпов строительства;

- при высокой подвижности и стойкости к расслаиванию (высокая связность) самоуплотняющихся смесей гарантируется однородность, низкая пористость и улучшение физико-механических характеристик бетона, более высокое качество поверхности, что значительно увеличивает долговечность конструкций.

Долговечность бетонных конструкций напрямую связана с проницаемостью поверхностного слоя бетона, который должен защищать его от попадания веществ, инициирующих или распространяющих возможное вредное воздействие (CO2, хлориды, сульфаты, вода, кислород, щелочи, кислоты и т. д.).

На практике долговечность зависит от выбора материалов, состава бетона, а также от степени контроля во время укладки, уплотнения,  ухода  и  выдержки.

Недостаточное уплотнение поверхностного слоя из-за трудностей осуществления виброуплотнения в  узких  пространствах  между  опалубкой  и  арматурными  стержнями  или  другими закладными  деталями  (например,  каналы  для  размещения  высокопрочной напрягаемой  арматуры),  признано  в  качестве  ключевого  фактора  недолговечности железобетонных  конструкций,  подверженных  воздействию  агрессивных  сред. Основной  причиной  первоначальной  разработки  самоуплотняющегося  бетона  в Японии было преодоление именно этой проблемы. Традиционный  вибрационный бетон  подвергается  уплотнению  с  помощью вибрации  (или  трамбовки),  которая  является  дискретным,  не  непрерывным процессом. В случае внутреннего  или  глубинного  вибрирования  бетона,  даже  при правильном выполнении, объем бетона в пределах области воздействия вибратора не  получает  одинаковое  количество  энергии  уплотнения. Аналогичным  образом  в случае  наружного  вибрирования результирующее  уплотнение получается неоднородным,  в  зависимости  от  расстояния  до  источника  вибрации. И  результатом  вибрирования  является  структура  бетона  с неравномерным  уплотнением,  следовательно,  с  различной  проницаемостью,  что повышает  селективное  проникновение  агрессивных  веществ. Последствия неправильного вибрирования (бетон с  раковинами,  расслоение и  т.  д.)  обладают  гораздо  более  негативным влиянием  на  проницаемость  и  в целом  на  долговечность.

Самоуплотняющийся бетон с  заданными  свойствами  не  обладает  этими недостатками,  образуется  материал  со  стабильной  низкой  и  равномерной проницаемостью,  с  меньшим  количеством  слабых  мест  для  вредного  воздействия окружающей среды и, следовательно, большей долговечностью [1].

Для разработки высокотехнологичных бетонов использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО «Осколцемент»)  с нормальной густотой цементного теста – 26,8 %,  пределом прочности при сжатии в возрасте 28 суток –   49,2 МПа (соответствует требованиям ГОСТ 31108-2003, ГОСТ 30515-2013); смесь щебня фракций от 5 до 20 мм  (табл. 1) с формой зерна по II группе (ОАО «Павловскгранит») насыпной плотностью 1390 кг/м3, маркой по дробимости ‒ 1400, маркой по морозостойкости ‒ F300 (соответствует требованиям ГОСТ 8267-93); песок (1 вид) для строительных работ 1 класса крупный (ОАО «Хромцовский карьер») с модулем крупности Мкр = 2,7, насыпной плотностью 1540 кг/м3 (соответствует требованиям ГОСТ 8736-93); песок (2 вид) Верхнекаменского месторождения 1 класса с модулем крупности Мкр = 1,9…2,0, насыпной плотностью 1410 кг/м3 (соответствует требованиям ГОСТ 8736-93); в качестве наполнителя – смесь фракций золошлаковых отходов и золы-уноса Каширской ГРЭС (табл. 2).

Таблица 1

Зерновой состав смеси щебня

 фракций от 5 до 20 мм

Диаметр отверстий контрольных сит, мм

2,5

5

12,5

20

25

Полные остатки

на ситах,

% по массе

99,1

96,6

54,7

3,3

0

В качестве модифицирующих добавок применялись высокоэффективные высоководо-редуцирующие, суперпластифицирующие добавки на основе эфира поликарбоксилата MasterGlenium 115, MasterGlenium SKY 591 (табл. 3) (ООО «БАСФ Строительные системы»), рекомендуемые для изготовления высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей с длительной сохраняемостью, с высокими значениями ранней и конечной прочности. Данные добавки позволяют транспортировать бетонную смесь на значительные расстояния без потери ее технических характеристик. Применение добавок способствует значительному снижению водоцементного отношения и получение бетонов с высокими прочностными характеристиками при достаточно низких расходах цемента. При использовании суперпластифицирующих добавок на основе эфира поликарбоксилата  исключается раствороотделение и оседание крупного заполнителя.

Таблица 2

Гранулометрия состава проб

 золошлаковых отходов

Фракция, мкм

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

%

> 315

0,8

5,4

13,8

13,5

200 – 300

0,0

0,1

0,0

0,0

100 – 200

0,1

5,2

4,1

3,8

50 – 100

2,7

15,3

18,5

19,4

45 – 50

2,1

2,9

3,2

3,6

20 – 45

34,6

32,0

29,0

26,4

10 – 20

24,6

16,5

13,4

13,7

5 – 10

16,3

10,5

8,2

9,0

4 – 5

3,9

2,5

2,0

2,2

3 – 4

3,5

2,4

2,2

2,1

2 – 3

3,2

2,2

2,1

2,0

 

Таблица 3

Показатели

Показатель

MasterGlenium 115

MasterGlenium SKY 591

Внешний вид

Однородная жидкость

светло-желтого цвета

Однородная жидкость

коричневого цвета

Плотность, кг/м³

1050…1090

1040…1080

Водородный показатель, рН

5,5…7,5

5…9

Содержание Cl-иона,

в масс.%, не более

0,1

0,1

 

Таблица 4

Самоуплотняющие бетоны В30, F200,W8

 

№ п/п

 

В/Ц

Расход кг/м3

Master

Glenium 115,

%

Master

Glenium SKY591,

 %

Осадка (расплыв) конуса, см

Цемент

Песок

Щебень

Зола

Вода

1 вид

 

2 вид

1

0,5

380

850

850

920

100

190

1,3

77

2

0,53

380

850

850

920

100

200

1,2

77

3

0,43

400

850

850

920

100

170

1,2

78

4

0,4

350

850

850

920

150

170

0,9

72

5

0,38

350

850

850

920

160

165

0,8

66

6

0,42

350

850

850

920

-

160

0,7

52

7

0,37

350

850

850

920

160

160

0,8

68

8

0,36

350

850

850

920

157

160

0,8

63

 

Получены самоуплотняющие бетоны с применением добавок на основе эфира поликарбоксилата MasterGlenium 115 и MasterGlenium SKY 591 классом по подвижности П5, классом по прочности  В30, F200, W8  (табл. 5), не требующие трудозатрат для укладки и уплотнения бетонной смеси.

Несомненно, изобретение суперпласти-фикаторов на основе поликарбоксилата является одним из наиболее значительных открытий в области добавок, которые были сделаны за последние годы.  Составы с использование данных материалов помогут решить множество проблем существующих в строительстве на данный момент.

Список литературы

1. Kodama Y. Current condition of self-compacting concrete. Cement Shimbun, No. Dec. 1997.

2. Forster S.W. High-Performance Concrete- Stretching the Paradigm. Concrete International, Oct, Vol. 16, № 10, pp.33-34. 1994

3. Aitcin P.-C. High Performance Concrete. E&FNSpon. 2004. 140 p.

4. Добавки на основе эфиров поликарбоксилатов для изготовления вибрационных и самоуплотняющихся бетонов// Стандарт организации СТО 70386662-306-2013. С. 12-30.


Войти или Создать
* Забыли пароль?