Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением суперпластификатора. Самоуплотняющийся бетон состав


Самоуплотняющийся бетон – эффективный инструмент в решении задач строительства

Самоуплотняющийся бетон представляет собой материал, который способенуплотняться под действием собственного веса, полностью заполняя форму даже в густоармированных конструкциях. Он находит все более широкое применение. Перспективным является его использование для производства сборного железобетона, устройства монолитных высокопрочных бесшовных полов, торкретбетонирования, реставрации и усиления конструкций. Чем же самоуплотняющийся бетон отличается от традиционно применяемого?...

Особо высокопрочные бетоны, модифицированные добавками-суперпластификаторами, начали применять в конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века. В частности, в 1970 году такой бетон использовался для строительства нефтяных платформ в Северном море норвежскими и британскими специалистами. Опыт применения подобного материала показал преимущества введения суперпластификаторов в бетонную смесь, однако был замечен и ряд ограничений в работе с ним. Во-первых, большинство суперпластификаторов, особенно при больших дозировках, способны замедлять схватывание бетонной смеси. Во-вторых, при ее транспортировке в течение 60–90 минут эффект от действия добавки снижается, то есть уменьшается подвижность. В-третьих, подача смеси по трубопроводу к месту укладки на расстояние свыше 200–250 метров стимулирует расслоение и создает неоднородность в готовом изделии. В результате время выполнения работ по бетонированию возрастает, ухудшается качество поверхности изделий, снижается прочность.

Появление новых амбициозных проектов в сфере строительства (таких, как протяженные подвесные мосты в Японии и Китае, комплексы крупных гидротехнических и транспортных сооружений в Голландии и ряд других) повысило требования к особо высокопрочным бетонам. При возведении таких конструкций было необходимо использование литых смесей в большом объеме. А зачастую участки бетонирования находились на большом расстоянии от места производства бетона и даже на значительном удалении от побережья (на воде). Кроме этого, еще одной необходимостью было сокращение времени и трудозатрат на уплотнение бетонной смеси, а также повышенный набор прочности в ранние сроки.

Решению указанных задач способствовали теоретические исследования и практические внедрения, направленные на

- применение мультифракционного заполнителя для получения высокопрочного бетона;

- введение микро- и ультрадисперсного наполнителя для повышения прочности, коррозионной и трещиностойкости материала;

- управление реологией высокоподвижных бетонных смесей;

- создание новых видов химических модификаторов, регуляторов свойств бетона.

В 1986 году проф. Окамура [см. Okamura H., Ouchi M. Self-Compacting Concrete // Advanced Concrete Technology, 2003, Vol. 1, No. 1] при разработке высокопрочного бетона обобщил опыт, накопленный в указанных областях, предложив называть получаемый материал «самоуплотняющийся бетон».

Самоуплотняющийся бетон — Self-Compacting Concrete (SCC) — способенуплотняться под действием собственного веса, полностью заполняя форму даже в густоармированных конструкциях. Первая международная конференция по изучению его свойств прошла в 1998 году с участием 150 ученых и инженеров из 15 стран. Высокая эффективность нового материала способствовала созданию рабочей группы специалистов RILEM (1996 г.) из 8 стран для разработки рекомендаций по использованию самоуплотняющихся бетонов. В 2004 году организован технический комитет 205-DSC «Долговечность самоуплотняющегося бетона», председателем которого является проф. Шуттер. В работе этого комитета задействованы 25 лабораторий из 14 стран. В результате исследований была разработана классификация самоуплотняющихся бетонов [см. EFNARC: Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete. Farnham, February 2002], определяющая их назначение и области применения.

Таблица 1

Классификация бетонных смесей для производства самоуплотняющихся бетонов

Наименование бетонной смеси

Обозначение

Назначение и области применения самоуплотняющихся бетонов

Высокоподвижная

(Flowability Slump-flow)

SF1

(550…650 мм)

Неармированные или низкоармированные бетонные конструкции – плиты перекрытий, трубопроводы, облицовки туннелей, фундаментов.

SF2

(660…750 мм)

Большинство обычных сооружений – колонны, стены.

SF3

(760…850 мм)

Вертикальные элементы, густоармированные конструкции сложных форм, торкретирование.

Вязкая

(Viscosity)

VS1/VF1

(вязкость менее

8 секунд)

Конструкции и изделия, к которым предъявляются высокие требования по качеству поверхности и не требующие дополнительной обработки.

VS2/VF2

(вязкость

9…25 секунд)

Конструкции невысокого класса прочности. Ввиду повышенной расслаиваемости тиксотропные свойства быстро изменяются за небольшой промежуток времени, что ограничивает расстояние транспортировки.

Легкоформуемая (Passing ability)

PA 1

Вертикальные сооружения, домостроение, конструкции, армированные с шагом от 80 до 100 мм.

PA 2

Инженерные сооружения, армированные с шагом от 60 до 80 мм.

Устойчивая к расслоению (Segregation resistance)

SR1

(расслаиваемость не более 20%)

Высотные элементы, за исключением тонких балок, вертикальные сооружения, армированные с шагом до 80 мм. Максимальное расстояние транспортировки менее 5 метров.

SR2

(расслаиваемость не более 15%)

Стены и тонкостенные профили, армированные с шагом свыше 80 мм. Максимальное расстояние транспортировки более 5 метров.

В 1980-е годы начали разрабатывать большепролетные подвесные железобетонные мосты, размеры которых должны были стать рекордными. Самый длинный мост — Акаши Кайкё — был открыт в апреле 1998 года в Японии. Он соединяет друг с другом острова Хонсю и Сикоку. Мост имеет три пролета: центральный, длиной 1991 метр, и две секции по 960 метров. Общая его длина составляет 3911 метров. К началу работы над этим проектом физические лимиты существующих материалов были исчерпаны. Поэтому новый ультра высокопрочный самоуплотняющийся бетон оказался востребованным и позволил увеличить нагрузку и пролет моста.

Для бетонирования только одной опалубки фундамента этого сооружения потребовалось 256000 м3бетонной смеси, в то время как высота пилонов на побережье приближается к высоте Эйфелевой башни и достигает 283 метров. Конструкция моста выдерживает скорость ветра до 80 метров в секунду и сейсмическую активность до 8,5 баллов по шкале Рихтера.

В конце прошлого века производство самоуплотняющихся бетонов стало значительно возрастать. В Японии при возведении стен крупного водохранилища в июне 1998 года благодаря самоуплотняющемуся бетону удалось сократить сроки строительства с 22 запланированных месяцев до 18, при этом количество рабочих уменьшилось со 150 до 50. Самоуплотняющийся бетон применялся и в Швеции при строительстве прибрежной линии с запада на восток в южной части Стокгольма. Это несколько переходов с мостами, земляными насыпями, туннелями и бетонными конструкциями, общей протяженностью 16,6 км. Причем сооружения должны выдерживать воздействие грунтовых минерализованных и морских соленых вод, а также циклические замораживания и оттаивания. Стоимость проекта составила 800 миллионов долларов.

Таблица 2

Состав бетонной смеси для самоуплотняющихся бетонов

Компоненты бетонной смеси

Расход составляющих на 1 м3 бетонной смеси

Япония

Вода, кг

175

Портландцемент с пониженным тепловыделением, кг

530

Зола, кг

70

Мелкий заполнитель, кг

751

Крупный заполнитель, кг

789

Добавка суперпластификатор, кг

9

Европейский Союз

Вода, кг

190

Портландцемент, кг

280

Известковый наполнитель, кг

245

Мелкий заполнитель, кг

865

Крупный заполнитель, кг

750

Добавка суперпластификатор, кг

4,2

США

Вода, кг

180

Портландцемент, кг

357

Гранулированный шлак, кг

119

Мелкий заполнитель, кг

936

Крупный заполнитель, кг

684

Добавка суперпластификатор, мл

2500

Индия

Вода, кг

163

Цемент, кг

330

Зола высококальциевая, кг

150

Крупный заполнитель 10 мм, кг

309

Крупный заполнитель 20 мм, кг

455

Мелкий заполнитель, кг

917

Добавка суперпластификатор, мл

2400

Еще одним примером служит высокоскоростная эстакада в Мумбаи длиной 2,32 км с шириной полосы проезжей части 16,2 м. При ее строительстве впервые в Индии использовался высокопрочный самоуплотняющийся бетон с микрокремнеземом. Проектная прочность составляла 75 МПа, подвижность бетонной смеси достигала 70 см [см. Mullick A.K. High Performance Concrete in India – Development, Practices and Standardization // Indian Concrete Journal, 2005, Vol. 6 (2)]. Этот вид бетона также применяли при возведении атомной электростанции, строительстве мостов и туннелей метрополитенов в других городах страны.

Для достижения высоких эксплуатационных характеристик самоуплотняющихся бетонов предъявляются очень жесткие требования к производственным материалам. Крупность мелкого заполнителя составляет не более 0,125 мм, причем 70 % из них размером 0,063 мм. Крупный заполнитель обязательно фракционируют по размерам 10–16 мм и 16–20 мм. Также допускается применение неорганических материалов с высокой удельной поверхностью, которые увеличивают водоудерживающую способность смеси (белая сажа, молотый асбест, бентониты). Например, 20 кг активного кремнезема заменяют 60 кг цемента и обеспечивают равнозначную прочность, причем в ранние строки твердения прочность увеличивается, так же как трещиностойкость и водонепроницаемость бетона [см. M. Collepardi. Admixtures-Enhancing concrete performance // 6th International Congress, Global Construction, Ultimate Concrete Opportunities, Dundee, U.K. – 5-7 July 2005].

Рис. 1. Кинетика роста прочности самоуплотняющего бетона в начальные сроки твердения

Важной составной частью самоуплотняющихся бетонов является полимер нового поколения — поликарбоксилат — высокоэффективный комплексный химический модификатор, появившийся в 1990-х годах и обозначаемый PC или PCE. Действие пластификаторов нового типа основано на совокупности электростатического и пространственного эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира.

За счет этого продолжительность пластифицирующего действия поликарбоксилатов в 3–4 раза больше по сравнению с сульфомеланиновыми, сульфонафталиновыми формальдегидами или лигносульфонатами. Указанная способность позволяет не только повысить подвижность раствора в ранние сроки, но и сохранять ее в течение большего периода времени, что положительно сказывается на сроках транспортировки бетонных смесей с заводов к местам строительства.

Механизм действия нового суперпластификатора заключается в том, что частицы поликарбоксилатов адсорбируются на поверхности цементных зерен и сообщают им отрицательный заряд. В результате цементные зерна взаимно отталкиваются и приводят в движение цементный раствор (рис. 2). Только небольшая часть цементного зерна покрыта полимером, и свободной поверхности флокулы цемента достаточно для доступа воды и протекания реакции гидратации. Отметим, что структуры полимеров различаются по длине основной цепи, длине боковых цепей, количеству боковых цепей и ионному заряду. Поэтому свойствами данных полимеров можно управлять, изменяя молекулярную структуру и направленно воздействуя на свойства бетона.

Рис. 2. Механизм действия добавки поликарбоксилата

Проектировщики ставят своей задачей возможно более длительную эксплуатацию строительных сооружений. Например, расчетный срок службы моста Акаши Кайкё составляет 200 лет. Бетон фундаментов и опор пилонов подвержен воздействию не только нагрузке от самого моста и транспорта, движущегося по нему, но и агрессивных компонентов, растворенных в морской воде. Последние, особенно сульфат ионы, способствует развитию коррозии.

Повышенная плотность материала, отсутствие в его структуре крупных пор и капилляров препятствуют проникновению агрессивной среды вглубь бетона, снижая риск развития процессов коррозии. По расчетам [см. Min D., Minshu T. Formation and expansion of ettringite crystals // Cement and concrete research, 1994, 24-(1)], кристаллизационное давление эттрингита в порах способно достигать значений 54 МПа. Кроме того, проектная прочность зачастую превышает 100 МПа, соответственно, напряжений, возникающих от образования экспансивных фаз, недостаточно для начала трещинообразования.

Однако трещинообразование в самоуплотняющемся бетоне может развиваться не под воздействием агрессивной среды, а за счет термических напряжений, так как при возведении крупных сооружений объемы формуемых монолитных конструкций зачастую составляют десятки и даже тысячи кубических метров. Известно, что в течение небольшого промежутка времени вследствие экзотермического эффекта температура бетона значительно возрастает и может превысить температуру окружающей среды. При этом для 1 м3 бетона разница температур между наружными и внутренними слоями может достигать 6–8 °С. Благодаря явлению тепловыделения в результате протекания реакций гидратации цемента изменяется температурное поле в изделии, возникают дополнительные внутренние напряжения, представляющие опасность для еще не сформировавшейся структуры материала. Авторами с помощью разработанной методики расчета температурных полей в бетоне проведена оценка и определено, как будет изменяться температура по сечению материала в зависимости от объема формовки (рис. 3).

Рис. 3. Кинетика изменения температуры внутренних слоев и наружной поверхности бетона в процессе гидратации цемента

Также повышению температуры бетонный смеси, а, следовательно, и риску появления сети трещин, способствует разогрев при ее транспортировке от создаваемого трения о стенки трубопровода. При увеличении температуры окружающей среды этот эффект значительно усиливается и приводит, в конечном счете, к ухудшению качества поверхности бетонных изделий, нарушению их структуры, долговечности и коррозионной стойкости. Для снижения внутренних напряжений и, соответственно, риска трещинообразования рекомендуется использовать вяжущие вещества с низким тепловыделением, незначительным содержанием щелочей, сульфатостойкий или шлакопортландцемент.

Самоуплотняющийся бетон находит все более широкое применение. Перспективным является его использование для производства сборного железобетона, устройства монолитных высокопрочных бесшовных полов, торкретбетонирования, реставрации и усиления конструкций. С одной стороны, распространение самоуплотняющихся бетонов ограничивается дороговизной добавок поликарбоксилатов. Однако использование этого материала позволяет отказаться от виброуплотнения, что в свою очередь уменьшает энергозатраты и экономит время, улучшая санитарно-гигиенические условия труда работающих. Безвибрационная технология настолько снижает уровень шумового воздействия на человека и окружающую среду, что заводы железобетонных изделий можно размещать в урбанизированных городских районах.

В начале статьи мы поставили вопрос: что такое самоуплотняющийся бетон и в чем его отличие от классического бетона? Рецептура самоуплотняющегося бетона отличается не только вводом добавок нового поколения (поликарбоксилатов). Ее проектирование требует оптимизации гранулометрического состава и внедрения микронаполнителей. Следовательно, прогнозирование свойств получаемых изделий ставит сложную задачу перед исследователями в области бетоноведения. Улучшение показателей качества может быть достигнуто за счет применения математических моделей, учитывающих и описывающих реологию литых смесей, оптимальное распределение заполнителей в структуре материала, а также аппроксимационных статистических зависимостей, оценивающих влияние микронаполнителей на эксплуатационные характеристики сооружений. Таким образом, формируется системный подход к определению показателей качества бетона, позволяющий прогнозировать и направленно регулировать его свойства в зависимости от целей и задач, решаемых строителями и технологами.

www.allbeton.ru

Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением суперпластификатора

Библиографическое описание:

Моховиков Е. С., Усов Б. А. Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением суперпластификатора [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы Междунар. науч. конф. (г. Москва, май 2011 г.). — М.: Ваш полиграфический партнер, 2011. — С. 91-98. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/3/683/ (дата обращения: 26.05.2018).

В настоящее время в условиях возведения высоко-этажного монолитного строительства, да и при заводском производстве – элементов конструкций из высоких классов бетона, часто возникает необходимость экстренной корректировки или «повторного» модифицирования самоуплотняющихся смесей для высокопрочных бетонов.

В самом общем случае на практике - это вызвано отсутствием требуемого по технологической ситуации оборудования – точнее оптимальных бетононасосов для перекачивания однородной (нерасслаивающейся) бетонной смеси требуемого класса подвижности.

Главным дефектом при этом является - отсутствие в насосе постоянной скорости подачи для сохранения требуемой структурной вязкости бетонной смеси – до укладки в формуемую конструкцию. В этих условиях с локально – собирательным поличастотным режимом нагнетания автомобильным двигателем требуемого давления на бетонную смесь – происходит разделение и сближение крупных частиц (заполнителя) и почти одновременно – отжатие пластичной (водоцементной) среды. А периодическое загущение смеси крупными частицами с неизбежной тенденцией к «закупорке» тракта подачи бетона при наступлении избытка давления – приводит к высокодинамичному струйно-фонтанному эффекту. Расслоения смеси в виде линейно-направленного потока твёрдых частиц и струй пластичной массы, сопровождаемыми к тому же разрушительными кавитационными явлениями, связанными в данном процессе с измельчением частиц цемента и тем значительной потерей подвижности смесей.

За рубежом - автобетоносмесители обычно принадлежат строительной организации и рассчитаны на работу с расчётными объёмами поставки бетона строительной фирмы и с фиксированным диапазоном показателей осадки конуса, а также с регламентированным временем смешивания компонентов бетонной смеси. Причём перемешивание, осуществляется обычно в последовательности: добавка + вода, затем водный раствор с тщательно распределённой сухой или жидкой добавкой вводится в бетонную смесь непосредственно за 15мин. перед формованием или подачей смеси бетононасосом на требуемую высоту монтажа, то есть в течение периода времени, когда активная начальная скорость гидратации цемента достигает почти одного порядка по всему объему бетона.

К сожалению, у нас, за исключением случая приготовления сухих растворных смесей, бетонную смесь производят сразу полностью готовой к укладке на одном заводе или и даже на ряде заводов – изготовителей, в зависимости от стоимости смеси. И это – достаточно расточительный приём, приводящий – из-за постоянного безконтрольного вынужденного перемешивания бетонной смеси в автобетоносмесителе при перемещении его к месту строительства, к значительной потере запаса клинкерного фонда так, как в это время полностью гидратируются частицы портландцемента размером до 0,25 мкм, определяющие марочную прочность бетона, но к сожалению остающимися не отформованными в конструкцию. Последнее обстоятельство приводит к необходимости введения из цемента в процесс гидратации дополнительных более крупных ещё недостаточно реакционноспособных частиц. И это, как правило, осуществляется посредством дополнительного принудительного воздействия физическим полем - тепловым прогревом при 40-50 Сº (причём по интенсивности со значительным теплорассеивающим физическим эффектом), допуская этим ещё больший перерасход того ценнейшего инженерного запаса цемента, определяющего долговечность бетона.

Однако, другим достаточно противоречивым явлением - особенно для высокопластфицированных смесей и на что мало обращают внимание технологи является - введение с полным объемом воды затворения максимального, даже излишнего количества суперпластифицирующих добавок (причём – часто дорогостоящих, чему с лихвой помогают и сами фирменные производители, пополняя вещественный их состав разнообразными «облагораживающими» комплексами).

Оценку литого состояния бетонной смеси сегодня устанавливают по диаметру её расплыва, но ни как ни по углу величины естественного откоса стандартного конуса, как это имело место с истинным первым немецким суперпластификатором – мельментом, который вдруг стали у нас именовать «разжижителем». Но этот термин всё-таки подменил понятие пластификации не совсем правильно. При пластификации однородность коллоидного состояния бетонной смеси не теряется, но приобретается лишь способность перемещения смеси под действием внешних физических полей или от действия собственной массы.

Да и вообще достаточен или избыточен эффект самоуплотнения устанавливаемый по диаметру расплыва, в действительности на практике – производитель оценивает лишь визуально спустя некоторое время после испытания - непосредственно уже при укладке бетона.

Учитывая последнее, всё же главной причиной получения смеси с нестабильными требуемыми техническими показателями следует считать - отсутствие у производителей работ навыков оперативного модифицирования или вмешательства в бетонную смесь непосредственно перед формованием (в опалубку или форму). Последнее, порой крайне необходимо, поскольку смесь становится явно не удобоукладываемой.

Происходит это из-за малого количества воды в бетонной смеси и постоянно нарастающей адгезии добавки на компонентах смеси и стенках смесителя от детонации двигателя, который взбивает органические добавки в отдельные скопления подобно молочным сливкам, смесь теряет подвижность, а точнее самоуплотняемость.

Исправить такие смеси, а точнее полностью избежать этих явлений возможно. Требуемая технологическая операция по существу заложена уже в технологии бетоноприготовления (точнее в порядке модифицирования самого бетона, то есть в учёте последовательности влияния каждой вводимой в бетон составляющей на формирование его структуры).

Всем технологам – бетоноведам известно, что для получения наибольшей прочности цементного камня (да об этом свидетельствуют особенно работы с жёсткими бетонными смесями - наших учёных - Н.В. Михайлова, А.Е. Десова, Ю.М Баженова и, даже Д.И. Менделеева) бетону требуется обычная чистая вода. Поэтому ещё под руководством уважаемого д.т.н. Розенталя Н.К. и др. учёных на воду для бетонов и растворов (близкую по составу к водопроводной) разработан ГОСТ 23732-79. А сегодня получается, что большинство литых бетонов приготавливается не с чистой водой, а исключительно на жидкостях, наполненных сложными органическими включениями.

Возникающая непосредственно при смешивании цемента с чистой водой промежуточная структура, представляет собой структурированную суспензию (пасту), в которой частицы цемента разделены жидкими прослойками воды. Затем на поверхности цементных частиц возникает тонкий слой геля из окислов кальция и крем­ния с переменным содержанием воды. Постепенное увеличение толщины гелевых слоев приводит к склеиванию гидратированных зерен клинкера и возникновению цементного камня, в структуре которого цементные частицы разделяются прослойками геля.

Однако в процессах образования гелей цементного теста важное значение воды сводится не столько к возникнове­нию химической реакции гидратации, сколько к образованию прочных связей между цементными частицами за счет сил сцепления. Последнее – многими исследователями объясняется особым (льдообразным) состоянием воды - в виде пленки со значительным контракционным эффектом, сопровождающим твердение теста в бетонной смеси и растворах.

Более 50% поглощаемой цементом воды, находится на поверхности цементных зерен в виде толстых полимолекулярных слоев и не замерзает даже при охлаждении до -110 С°: и, наконец, вода, поглощённая цементными минералами находится в «особом» деформированном взаимодействием с твердой фазой, сжатом состоянии, для которого характерна повышенная структурная упорядо­ченность молекул, чем для обычной «объемной» воды.

Процесс упорядочения структуры воды в цементном тесте объясняется, во-первых, возникновением геля на поверхности частиц в усло­виях интенсивного протекания диффузионных потоков, которые способствуют ориентационной поляризации молекул воды.

Во-вторых, значительным поляризующим и упрочняющим действием на мо­лекулы воды окисей кремния и кальция, содержащихся в портландцементе.

И, наконец, к упорядочению структуры приводит гидратация ионов неорганических солей, в результате которой полярные молекулы воды ориентируются вокруг заряженных ионов противоположным по зна­ку полюсам. Последнее свидетельствует о том, что еще до смешивания с цементом повышается структурная связность воды и чем выше скорость её диффузии, тем сильнее поляризация воды и подвижнее бетонная смесь.

В смесях с низким В/Ц (жестких смесях) эффект поляризации от физико-химических процессов цементного теста значительно слабее, поскольку условия для растворения более ограничены. Однако, эффект дополнительной поляризации, даже, с небольшим количеством добавки - весьма высок (если, конечно концентрация раствора затворения тоже высока) и тогда необходимая упорядоченность (плотность) воды, способствующая повышению подвижности и прочности, достигается в основном за счет введения добавок

Высокопрочные бетоны, приготавливаемые с низким В/Ц из очень жёстких бетонных смесей при доставке автобетоносмесителем уплотнять не требуется, необходимая консервация сохраняется, поскольку для полной гидратации малодисперсных частиц цемента размером до 0,25мкм воды недостаточно.

При рассмотрении этого вопроса, появилось некоторое решение, которое заключалось в том, что необходимое количество добавки вводилось в бетонную смесь с последней долей воды затворения, составлявшей - 30% всей воды затворения бетона. Положительные результаты подкреплены практическими испытаниями, полученными в лаборатории ООО «ЖБИ-5» г.Рязань. Именно этот подход будет как можно подробно описан в этой работе.

2. Описание разработки и ее актуальность

При подборе состава бетона для возведения гидротехнических сооружений, одним из нормативных документов является СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений» [1]. При эксплуатации строительных сооружений в высокогорных районах специалисты сталкиваются с проблемой высокого износа опор мостов. Высокая скорость течения реки и наличие в них крупных и мелких взвесей истачивают опоры. Доцент, к.т.н. РИ МГОУ В.А.Биленко [2], предлагает применять для строительства опор высокопрочный бетон.

Главной задачей при этом является подбор состава бетона с последующим испытанием натурных образцов в условиях их максимального абразивного износа при эксплуатации. Но огромную значимость при изготовлении такого бетона приобретает экономическая эффективность за счёт снижения расхода материалов, затрат электроэнергии и труда. Именно эти условия стали основными при написании данной работы.

Первоначальная операция технологического процесса бетонирования любых железобетонных конструкций всегда начинается с уплотнения бетонной смеси. Это успешно прорабатывается при возведении монолитного домостроении, но особенно надёжно вошло в практику заводов железобетонных изделий, где уже имеется масса способов формования сборного железобетона.

Однако наиболее рациональным решением, снижения затрат энергии и труда представляется – применение самоуплотняющихся бетонных смесей. Как правило это достигается подбором их состава, и рекламируется только за счёт сильных добавок- гиперпластификаторов. Но они достаточно дорогостоящие (из-за большого расхода), а некоторые из них теряют необходимый пластфицирующий эффект (осадку конуса), не достигнув строительной площадки, и требуют введения ещё большего количества добавки уже на месте строительства.

В связи с последним фактом нас заинтересовала технология раздельного введения добавки. Особенно её введение интересно на месте строительства в период проявления начального всегда самого интенсивного максимального эффекта пластификации и особенно при получении высокопрочных бетонов.

2.1 Методы исследований и результаты испытаний

Материалы:

Цемент (Ц) – ЦЕМ I 42.5н ЗАО «Мальцевский портландцемент»

Песок (П) – ОАО «Вяземское Карьероуправление» Мкр (модуль крупности) = 2,50; ГОСТ 8736-93; ρнас (насыпная плотность) = 1600 г/см3

Щебень (Щ) – ООО «Бонтышевский щебень», фракция 5-20мм, М1200

Лабораторные испытания были посвящены подбору состава бетонов с различным расходом цемент. Наиболее рациональным и экономичным, стал состав с расходом цемента – 500 кг/м3 и В/Ц = 0.4.

Расход материалов на 1м3 в составе №1 составлял:

Ц=500 кг, П=693 кг., Щ=957кг. и В=200 л.

Понижение В/Ц привело к повышению прочности и снижению осадки конуса (в данном случае О.К. = 5см). При В/Ц = 0,4 сохраняется нормальная густота цементного теста. Но при О.К. = 5см бетонная смесь не является самоуплотняющейся. Тем более, что марка по прочности этого состава из-за недостаточного уплотнения составила М390, хотя все материалы были промыты и высушены до постоянного веса.

Получение бетонов высокой прочности (свыше М600), достигалось увеличением расхода цемента (до 600– 650 кг/м3) и уменьшением В/Ц [3]. Так же другим приёмом повышения прочности (на сжатие, изгиб, растяжение), являлось применение фибры [4]. Опираясь на полученные нами ранее результаты с фиброй (пластиковой, волокнистой, ме-таллической), была при подборе состава использована металлическая фибра.

Три вида металлической фибры при подборе состава, условно были проименованы – «коромысло», «гвоздь», «волна» (см. рис.1.)

«волна», L =10 – 40 мм

«гвоздь», L= 70 мм

«коромысло», L =70 мм

Рис. 1 Виды металлической фибры, применяемой при подборе состава.

При введении фибры в смесь возникла проблема ее равномерного распределения в объеме структуры бетона.. Поэтому при подборе её ввели в последнюю очередь и практически вручную распределили по всему телу бетона. Каждого вида фибры в состав 1 было введено по 30 кг/м3. Испытания образцов размером 10×10×10см, производились непосредственно после пропаривания, а также через 28 суток (выдерживания бетона в нормальных условиях). А так же призмы, для испытания на изгиб, размером 30×30×200 см. Смесь уплотнялась на лабораторном вибростоле.

Таким образом, были подобраны следующие расходы материалов на 1 м3:

Фибра «гвоздь»

Состав №2

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Фибра «коромысло»

Состав №3

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Фибра «волна»

Состав №4

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Результаты испытаний, приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ п\п

Состав

О.К.

В/Ц

Прочность на изгиб (пропарка*)

Прочность на изгиб (28 суток)

Прочность на сжатие (пропарка*)

Прочность на сжатие

(28 суток)

1

Состав 2

Фибра «гвоздь»

4,5

см

0,4

9,7 МПа

10,5

МПа

35,2

МПа

41,9

МПа

2

Состав 3

Фибра «коромысло»

4,5

см

8,4

МПа

9,2

МПа

33,4

МПа

43,3

МПа

3

Состав 4

Фибра «волна»

4

см

9,6

МПа

9,9

МПа

32,3

МПа

41,6

МПа

* Режим пропаривания составлял: 4+3+8+2 (предварительное выдерживание+ подъём температуры до 85 Сº+ изотермический прогрев при 89Со+ остывание до 20Со).

Результаты приведены на диаграмме:

Диаграмма №1. Прочность на изгиб и сжатие через 28 суток.

В составе №3 прочность на изгиб, незначительно отстает от других составов, но несмотря на это - именно в нём была достигнута наивысшая прочность на сжатие. Кроме того данный вид фибры (коромысло) лучше всех распределяется в бетоне(практически на собирается в «ежи»), то из всех трех составов был выбран состав №3 и на нём продолжена дальнейшая работа с этим видом фибры. Осадка конуса при добавлении фибры несколько понижается, благодаря адсобции водного раствора. В дальнейшем был осуществлён выбор наилучшей добавки (Д) из трёх хорошо рекламируемых видов:

1)Glenium ACE 430. («Basf»)

2)Реламикс Н («Полипласт»)

3)Полипласт СП-1 («Полипласт»)

Качество и описание добавок приведены в Приложении 1.

Расход материалов на 1м3 смеси :

Состав №5

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг

Д = СП-1, 1.0%

Состав №6

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Д = ACE 430, 1.5%

Состав №7

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Д = Реламикс Н, 0.6 %

Приготовление образцов бетона осуществлялось вручную. Испытания производились на пропаренном бетоне по режиму 4+3+8+2час (предварительное выдерживание + набор температуры до 85 Сº+ изотермическая выдержка + остывание) и через 28 суток на кубах с размерами 10 × 10×10 см. Сухая добавка вводилась вместе с водой (100 % добавки разбавленной в 100 % воды). Образцы уплотнялись на лабораторном вибростоле. Результаты испытаний, приведены в таблице 2.

Таблица 2

№ п\п

Состав

О.К.

В/Ц

Прочность на сжатие после пропарки

Прочность на сжатие через

28 суток

1

Состав 5

СП-1, 1.0%

4,5

см

0,4

36,0

МПа

42,4

МПа

2

Состав 6

АСЕ 430; 1.5%

19

см

36,7

МПа

46,3

МПа

3

Состав 7

Реламикс Н; 0.6%

4,5

см

35,3

МПа

44,4

МПа

Самая высокая осадка конуса- в составе 6. Но все равно, этого недостаточно, чтобы бетон смело можно было назвать – самоуплотняющимся.

Результаты представлены в диаграмме:

Диаграмма №2. Осадка конуса в составах 5; 6 и 7.

После этого добавка была введена «раздельно». То есть – сначала затворялась смесь 70% воды, а после в оставшуюся часть воды (30%) вводилась добавка, и смесь окончательно заливалась водой. Таким образом, представлялась возможность проверить эффективность способа раздельного введения добавок. Ведь в оставшейся части воды, концентрация очень сильно повышается. Затворенные частички цемента, «обволакиваются» более концентрированным раствором добавки (см. рис.2). Поэтому между частичками смеси, происходит увеличение силы скольжения. Исходя из этого, не увеличивая расхода добавки, представляется возможным, повысить удобоукладываемость смеси. Увеличение удобоукладываемости, без повышения расхода добавки дает ощутимую экономическую эффективность. Понижается энерго- и трудозатраты, сокращается расход добавки.

Рис. 2. Частица смеси после раздельного затворения.

Для подтверждения данного предположения, были испытаны те же три вида добавки:

  1. Glenium ACE 430. («Basf»)

  2. Реламикс Н («Полипласт»)

  3. Полипласт СП-1 («Полипласт»)

На основе принципа «раздельного затворения», произведены замесы следующих составов с расходом материлов на 1 м3:

Состав №8

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=140 л.

Ф = 30 кг

Д = 60л (В)+5л (Д)

Состав №9

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Д = 60л (В)+7,5л (Д)

Состав №10

Ц=500 кг.

П=693 кг.

Щ=957кг.

В=200 л.

Ф = 30 кг.

Д = 60л (В)+3л (Д)

Замесы производились вручную. После затворения 70 % воды, состав тщательно перемешивался в течении 7-10 минут. После чего в состав добавлялась оставшаяся часть воды (30 %) с добавкой. Сравнение результатов испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3

№ п\п

Состав

О.К.

В/Ц

Состав

О.К.

В/Ц

1

Состав 5

4,5

см

0,4

Состав 8

15

см

0,4

2

Состав 6

19

см

Состав 9

25

см

3

Состав 7

4,5

см

Состав 10

16

см

По полученным результатам становится видно, что при раздельном введении добавки, мы получаем выигрыш в удобоукладываемости бетона. О.К. увеличивается в несколько раз. Состав 8 и состав 9 требовали небольшого уплотнения на вибростоле. Состав 9 не уплотнялся. Сравнение результатов прочности на сжатие, приведены в таблице 4.

Таблица 4

№ п\п

Состав

Прочность на сжатие через 28 суток

Состав

Прочность на сжатие через 28 суток

1

Состав 5

42,4

МПа

Состав 8

43,6

МПа

2

Состав 6

46,3

МПа

Состав 9

48,7

МПа

3

Состав 7

44,4

МПа

Состав 10

45,1

МПа

Стоит заметить, что прочность практически не возросла. Возможно, для увеличения прочности, требуются другие дозировки добавок или их введение в сухом виде в бетонную смесь в последнюю очередь. Общий результат, можно представить в виде диаграммы:

Исходя из полученных результатов, представляется возможность рассчитать приблизительную экономическую эффективность при внедрении в производство данной технологии. (см. раздел 3)

    1. Область применения и степень апробации

В современном строительстве, при производстве практически всех видов строительных работ, применяется бетон с различного рода добавками. Разнообразность и назначение их очень велики. Добавки применяются для увеличения прочности, подвижности и т.д. Технология раздельного введения добавки могла бы решить ряд проблем и упростить технологический режим. По такому пути, возможно, пытались идти технологи или ученые, но организационные затраты на устройство дополнительных ёмкостей часто сводились на нет существовавшими техническими решениями проектной документации, которую очень трудно было изменить.

Кроме монолитного домостроения, а так же при возведении сооружений различной сложности и назначения (опор мостов, плотин и т.д.), эта технология весьма полезна в технологическом процессе заводов железобетонных изделий. Данный эксперимент, и все испытания, производились на базе лаборатории завода железобетонных изделий ООО «ЖБИ-5» г.Рязань. На заводе организован поточно-агрегатный метод производства. Данная технология, заинтересовала технологов предприятия. На базе этих экспериментов, проводится работа, по внедрению раздельного введения добавки. Все изделия требуют уплотнения. Но после испытания технологии на предприятии в реальных условиях, она готова к полному внедрению и использованию.

Экономическая эффективность

Расчет производится на основании оборудования предприятия ООО «ЖБИ-5» г.Рязань. Расчет ориентировочный, для оценки приблизительной экономической выгоды. Применение технологии раздельного введения бетона позволяет сократить расход электроэнергии (т.к. сокращается время уплотнения бетона, а в некоторых случаях и вовсе не является необходимой) и трудозатрат.

На заводе используются два вибростола (посты на полигоне), мощностью по 10 кВт*ч. Каждый из них работает в среднем по 4 часа в день непрерывно. Следовательно за день два вибростола потребляют: 2 х 4 х 10 = 80 кВт. Стоимость 1 кВт на 2011 – 3 рубля 80 копеек. Стоимость электроэнергии за день следующая: 3.80 х 80 =304 р; за месяц: 304 х 22 рабочих дня = 6 688 р; за год: 6 688 х 12 = 80 256 – 00 р.

Также, для производства свай, индивидуальных изделий и фундаментных блоков, используют 5 вибраторов глубинного типа, с потреблением энергии – 1.6 кВт*ч. Ориентировочно принимаем – 4 часа непрерывной работы в день каждый. Следовательно в день вибраторы потребляют: 5 х 1.6 х 4 = 32 кВт. Стоимость электроэнергии в день: 3.80 х 32 = 121.6; в месяц: 121.6 х 22 = 2 675 – 20 р.; в год: 2 675 – 20 х 12 = 32 102 - 40р.

От уплотнения вибратором, которое используется при изготовлении блоков, свай и индивидуальных изделий, при хорошей герметизации швов, можно отказаться.

Время уплотнения на вибростоле сокращается вдвое.

Следовательно, экономичность, при использовании данной технологии в год составляет – (80 256 – 00 /2) + 32 102 – 40 = 72 230 – 40 р.

Подсчитать сокращение трудозатрат не представляется возможным, из за недоступности к сведениям экономического отдела завода.

Таким образом, явно видна экономическая эффективность, в результате сокращения трудозатрат и электроэнергии.

Применение добавок различной технологической направленности весьма эффективный метод повышения тех или иных показателей бетонной смеси. Но в современной промышленности не придается значению технологии введения. Исходя из проведенных экспериментов очевидно, что это немаловажный фактор, на который непременно должны обратить внимания технологи всех заводов России.

При использовании технологии раздельного введения добавки, открываются скрытый потенциал добавок. Например, добавки СП-1, при максимальной концентрации которой О.К. = 4.5см (при введении со 100% воды затворения), а при раздельной технологии введения добавки, О.К.=15см. Кроме того, на небольшое значение, повышается прочность образцов на сжатие (в среднем на 1%).

Исходя из этого, очевидно, что в этом направлении еще предстоит провести большое количество работы. Но уже на данном этапе, очевидно, что за раздельной технологией, стоит экономическая выгода и повышение производительности заводов, гидротехнического строительства и монолитного домостроения.

Литература:

1) Усов Б.А. Технология модифицированных бетонов. М.:МГОУ, 2010.

2) Усов Б.А. Методы подбора состава модифицированных бетонов. М.:МГОУ, 2010.

3) СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений»/ Госстрой СССР – М.:ЦИТП, 1978

4) Биленко В.А., Рудомин Е.Н., Григорьев Н.А., «Перспективы использования высокопрочного бетона для строительства и ремонта элементов гидротехнических сооружений, подверженных аброзивному износу»/ «Новые технологии», выпуск № 5, Москва 2010г.

5) Берг О.Я., Щербаков Е.Н., Писанко Г.Н., «Высокопрочный бетон» - под редакцией Берга О.Я. / Издательство литературы по строительству, Москва 1971т.

  1. Базанов С.М., Торопова М.В.. «Улучшение качества бетона на основе использования смешанных видов волокон». Журнал «Популярное Бетоноведение».

Врезка4

Основные термины (генерируются автоматически): бетонной смеси, раздельного введения добавки, бетонную смесь, воды затворения, состояния бетонной смеси, технологии раздельного введения, состава бетона, цементного теста, воды затворения бетона, раздельного введения бетона, цементного камня, вязкости бетонной смеси, подборе состава, расхода добавки, уплотнения бетонной смеси, перемешивания бетонной смеси, компонентов бетонной смеси, часть воды, подборе состава бетона, высокопрочных бетонов.

moluch.ru

Бетон, который течет и уплотняется сам

Самоуплотняющийся бетон используют во многих странах, но не в России

Используя устаревшие материалы и методы возведения зданий и сооружений, а также неквалифицированный персонал, невозможно обеспечить технический прогресс в строительстве.

 

Что же делать? Как же обеспечить у нас в современных условиях надлежащее качество строительства? Ответ прост: только благодаря использованию новых технологий и современных строительных материалов, а также благодаря постоянному контролю качества исходного сырья и материалов (прежде всего бетонной смеси и ее компонентов) можно обеспечить в современных условиях высокое качество строительства. Необходимо срочно наверстывать упущенное, осваивать работу с новыми материалами и современным оборудованием, уделять внимание повышению квалификации персонала, начиная уже со студенческой аудитории.

В России почти половина зданий строится на основе монолитного и сборно-монолитного способа. Установка арматурных каркасов и опалубки, доставка, укладка и уплотнение бетонной смеси с последующим уходом за ней  являются сейчас основными компонентами процесса возведения зданий и сооружений. А можно ли сейчас у нас упростить и удешевить этот процесс без ущерба для качества строительства, например: исключив процесс вибрирования бетонной смеси? Ответ прост: можно, за счет использования самоуплотняющегося бетона, который уже около 25 лет успешно используется на строительных площадках во всем мире.

Самоуплотняющийся бетон - это бетон, который без воздействия на него дополнительной внешней уплотняющей энергии, самостоятельно под воздействием собственной массы течет, освобождается от содержащегося в нем воздуха и полностью заполняет пространство между арматурными стержнями и опалубкой. Самоуплотняющийся бетон содержиттакой же остаточный объем пор, как и «вибрированный» бетон.

 

История и исследования самоуплотняющегося бетона

История самоуплотняющегося бетона началась в Японии в 1990 году. Там профессором Хайимой Окамурой было создано и внедрено в практику новое поколение добавок к бетону, а именно высокоэффективные добавки для улучшения текучести на базе полиакрилата и поликарбоксилата. Ему удалось создать бетон, имеющий высокую пластичность и низкое содержание воды. Кроме Окамуры в создании и развитии самоуплотняющегося бетона принимали участие профессора К. Маекава и Кацумаса Озава.

Благодаря уникальным свойствам и преимуществам этого бетона он быстро распространился в направлении Западной Европы. Вначале этот бетон использовался на предприятиях, производивших готовые железобетонные изделия. Затем самоуплотняющийся бетон начинает активно использоваться в качестве так называемого «транспортного бетона», т.е. бетона, который доставляется и укладывается непосредственно на строительной площадке.

Дальнейшие активное развитие и изучение свойств самоуплотняющегося бетона происходило в Германии. Так, в Институте строительных исследований в городе Аахен (Германия) в 2000 и 2001 годах под руководством профессора Вольфганга Брамесхубера по заказу фирмы «DyckerhoffBetonGmbH» после тщательного изучения его свойств, были созданы первые предпосылки для официального допуска и распространения этого материала по всей Европе. Исследования, проведенные в Аахене, показали, что прочность на сжатие самоуплотняющегося бетона, как правило, выше, чем у обычного «вибрируемого» бетона, а прочность на раскалывание, статический модуль упругости, усадка и ползучесть самоуплотняющегося бетона была такой же. Кроме того, этот материал обладал прекрасными свойствами по водонепроницаемости и, таким образом, был официально допущен и рекомендован для использования при сооружении водонепроницаемых сооружений. Материал получил название «DyckerhoffLiquidur» и стал активно распространяться по строительным площадкам Европы вследствие своих уникальных свойств.

  Последним шагом по расширению распространения самоуплотняющегося бетона в Западной Европе было издание в Берлине «Немецким комитетом по железобетону» в ноябре 2003 года нормативного документа «DAfStb-Richtlinie Selbsverdichtender Beton (SVB-Richtlinie)». В этом нормативном документе на 41 странице подробно изложены термины и связи с другими европейскими нормативными документами, а также методы диагностики самоуплотняющегося бетона. Таким образом, после выхода этого нормативного документа самоуплотняющийся бетон официально допущен и разрешен к использованию в Европе, без необходимости каких либо дополнительных разрешений, согласований и допусков.

  С 2003 года немецкий производитель лабораторного оборудования -  компания TESTING Bluhm&Feuerherdt GmbH начала серийно производить и поставлять своим клиентам необходимое лабораторное оборудование для диагностики СУБа. Методы испытания самоуплотняющегося бетона в строительной лаборатории на русском языке подробно описаны в монографии автора данной статьи: “Европейские методы физико-механических испытаний бетона”, вышедшей в Харькове в 2010 году.

 

Состав самоуплотняющегося бетона

Состав компонентов смеси для приготовления самоуплотняющегося бетона осуществляется, как правило, по японскому методу, разработанному профессором Окамурой. Концепция этой рецептуры базируется на повышении доли мелких пылевидных частиц. Рецептуры самоуплотняющегося бетона по профессору Окамуре базируются на следующих граничных условиях:

  • насыпной объем заполнителя крупной фракции должен быть не более 50% объема бетона;
  • объемная часть песка в растворе должена составлять 40%.

При оптимизации состава самоуплотняющегося бетона возникают, как правило, следующие вопросы:

  • Каким образом подобрать оптимальное количество песка?
  • Действительно ли необходимо большое количество цемента?
  • Какое влияние оказывают различные наполнители смеси (зольная пыль и молотый известняк)?
  • Какое количество крупной фракции заполнителя можно использовать?

Состав и виды самоуплотняющегося бетона постоянно развиваются. Так, к примеру, в 2003 году в Германии был получен допуск на использование легкого самоуплотняющегося бетона. Несмотря на низкую плотность в незатворенном состоянии, равную 1,38 кг/дм3, этот бетон обладает прекрасной подвижностью и способностью самоуплотняться. Механические свойства этого бетона аналогичны свойствам обычного бетона.

 

Свойства самоуплотняющегося бетона

Анализ самых последних исследований, проведенных в Японии, Германии и Швеции, дает возможность представить свойства самоуплотняющегося бетона. В своем большинстве они во многом совпадают со свойствами обычного бетона. Путем комбинирования компонентов самоуплотняющийся бетон может быть запроектирован как бетон с обычной прочностью, так и как высокопрочный бетон.

Прочность на сжатие

При аналогичном содержании цемента и водоцементном соотношении самоуплотняющийся бетон обладает более высокой прочностью на сжатие за счет более плотного состава смеси.

Прочность на растяжение

При аналогичных показателях по прочности на сжатие самоуплотняющийся бетон имеет незначительно более высокую прочность на растяжение по сравнению с обычным бетоном.

Связь бетон/арматура

Вследствие того, что самоуплотняющийся бетон обладает хорошей подвижностью и сцеплением между отдельными частицами, он обладает хорошими свойствами образования плотного соединения с арматурными стержнями. При этом расположение арматуры (верхний или нижний ряд стержней) не имеет никакого значения.

Модуль упругости

Модуль упругости самоуплотняющегося бетона примерно на 15% ниже, чем у обычного бетона. Это связано с повышенным содержанием мелких пылевидных частиц в бетонной смеси и пониженным содержанием крупной фракции заполнителя по сравнению с обычным бетоном.

Усадка

Усадка бетона всегда связана с количеством цементного теста в бетоне. Так как содержание цементного теста у самоуплотняющегося бетона незначительно отличается от обычного, то оба бетона имеют примерно одинаковую усадку.

Качество поверхности

Поверхность самоуплотняющегося бетона до мельчайших подробностей повторяет поверхность опалубки. Таким образом, при использовании современных видов опалубок можно сразу получить идеально гладкую и ровную поверхность.

 

Преимущества самоуплотняющегося бетона

Преимущества самоуплотняющегося бетона по сравнению с другими традиционными видами бетона можно условно разделить по группам и представить следующим образом:

Для заказчика: более высокая безопасность капиталовложений за счет:

  • создания строительных конструкций, имеющих высокую прочность и в которых исключены дефекты, вызванные с ошибками при уплотнении бетонной смеси,
  • сокращения продолжительности строительства.

Для архитектора: более широкий выбор форм конструкций и возможности приданию конструкции определенного заданного внешнего вида за счет:

  • особой гладкой и плотной наружной поверхности бетона, которая в точности повторяет форму и поверхность опалубки,
  • опалубки различной формы и структуры,
  • возможности создания любой геометрии бетонируемой конструкции.

Для проектировщика: свободный выбор геометрии конструкций, обеспечения ее долговечной эксплуатации и упрощение разработки проекта производства работ за счет:

  • упрощения работ по бетонированию (отпадает необходимость в уплотнении),
  • возможности более плотного расположения арматурных стержней,
  • плотного сцепления арматуры с бетоном и проникновению бетона в самые труднодоступные места в опалубке,
  • возможности подачи бетона непосредственно через опалубку, например, через отверстие в нижней ее части,
  • более простой и менее массивной конструкции опалубки (из-за отсутствия процесса вибрирования бетона на опалубку не воздействуют дополнительные динамические и статические нагрузки).

Для строительной фирмы, выполняющей работы на площадке: более безопасное ведение строительных работ и сокращение затрат на зарплату персонала за счет:

  • возможности укладки за смену большего объема бетона,
  • отсутствия необходимости уплотнения бетона и за счет этого исключения ошибок, которые могли бы возникнуть при его уплотнении,
  • возможности работы персонала в более безопасных условиях при бетонировании,
  • самостоятельного растекания бетонной смеси по всей конструкции,
  • исключения возможности расслоения бетонной смеси,
  • отсутствия шума и вибрации, негативно воздействующих как на персонал, так и на проживающих рядом со строительной площадкой людей.

 

Экономичность и перспективы использования самоуплотняющегося бетона

Проанализировать экономичность самоуплотняющегося бетона можно на основе уже имеющегося европейского опыта использования этого вида бетона. К примеру, в Германии в литературе можно найти следующие данные:

Если сравнивать цены, то самоуплотняющийся бетон вследствие своего модифицированного состава и стоимости отдельных компонентов бетонной смеси дороже обычного бетона аналогичного вида. Разница в цене составляет от 13 до 18 Евро за 1 кубический метр. Эта удорожание бетона компенсируется экономией средств при его укладке и благодаря целой группе других преимуществ этого бетона (см. предыдущий раздел).

Анализ работ по бетонированию в Германии показал, что за счет того, что отпадает необходимость в уплотнении бетонной смеси на строительной площадке, экономия средств за счет использования самоуплотняющегося бетона при бетонировании отдельных строительных конструкций может составлять от 3 до 6 Евро за конструкцию. Кроме того, необходимость уплотнения бетона, например, при бетонировании колонн и опор, вызывает необходимость частых перерывов при подаче бетонной смеси, а при использовании самоуплотняющегося бетона такие перерывы исключены.

 

Олег Болотских,

доцент кафедры Технологии строительного производства и строительных материалов Харьковского НациональногоУниверситета городского хозяйства им. А. Н. Бекетова, доктор-инженер; e-mail: [email protected]

 

Этот материал опубликован в сентябрьском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.

 

ancb.ru

Влияние фибрового армирования на свойства самоуплотняющейся бетонной смеси и бетона

Библиографическое описание:

Казанцев А. В., Николаева Е. Н. Влияние фибрового армирования на свойства самоуплотняющейся бетонной смеси и бетона // Молодой ученый. — 2018. — №17. — С. 56-58. — URL https://moluch.ru/archive/203/49677/ (дата обращения: 26.05.2018).



Данная статья посвящена исследованию определение возможности увеличения дозировки металлической фибры в самоуплотняющийся бетон, с целью повышения эксплуатационных свойств бетона.

Ключевые слова: фиброармирование, самоуплотняющийся бетон, удобоукладываемость бетонной смеси, пластифицирующая добавка, прочностные характеристики.

Впервые термин «самоуплотняющийся бетон» использовал японский ученый Хайима Окамура в 1986 году при разработке высокопрочного бетона. Он создал и внедрил в практику новое поколение высокоэффективных суперпластифицирующих добавок к бетону на основе полиакрилата и поликарбоксилата для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси. В литературе множество определений самоуплотняющегося бетона, но они все одинаковы это высокоподвижная смесь, способная достигать высокой однородности и заполнять пространства любой конфигурации без дополнительного механического воздействия.

Основная задача при проектировании самоуплотняющегося бетона состоит в том, чтобы обеспечить достаточно высокую раздвижку зерен заполнителей: мелкого и крупного. Рецептура самоуплотняющейся бетонной смеси весьма существенно отличается от состава обычной бетонной смеси. Отличием является принципиально другой подход к соотношению и гранулометрии заполнителей (расход щебня не превышает расход песка, рассев заполнителей, по возможности, приближается к идеальной кривой за счет обогащения нескольких фракций. Необходимая раздвижка зерен достигается путем введения наполнителя, сопоставимого по дисперсности с вяжущим. Разбавление цемента инертным материалом не приводит к значительной потере прочности. Введение в состав бетона инертных и активных минеральных добавок позволяет получить высокоподвижную смесь без расслоения [1].

В настоящее время подбор состава самоуплотняющейся смеси ведется опытным путем. Самоуплотняющаяся смесь имеет расплыв конуса 50–80 см. На начальном этапе проектирования состава подбирают вид и расход минеральной и пластифицирующей добавок, водоцементное отношение для получения цементного теста с достаточной подвижностью. Далее подбирают расход крупного и мелкого заполнителя с расплывом смеси не ниже 50 см. Одним из важных этапов при оценке реологических свойств смеси является определение ее стойкости к расслоению [2].

В исследованиях использовались: портландцемент класса прочности 42,5 быстротвердеющий; щебень фракции 5–20 мм.; кварцевый песок-модуль крупности 2,5; фибра-белорусского металлургического завода длиной 20 мм и диаметром 0,3 мм.; доломитовая мука-фирмы «витеп»; вода; наномодифицированный пластификатор MC-PowerFlow 3100.

В начале проведения исследований определяли оптимальную дозировку суперпластификатора. Эта часть исследований проводилась на смеси, не содержащей крупного заполнителя. Состав лабораторного замеса приведен в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные для оптимальной дозировки суперпластификатора

Компоненты

Расходы материала, кг.

Цемент

0,372

Песок

0,660

Доломитовая мука

0,168

Вода

0,150

Влияние добавки на растворную смесь оценивалась измерением расплыва на встряхивающем столике. Измерения проводились штангенциркулем, в двух взаимно перпендикулярных направлениях после 5, 10 и 15 встряхивания, таблица 2.

В работе использовались следующие дозировки наномодифицированного суперпластификатора: 0,5 %, 1 %, 1,5 %.

Таблица 2

Результаты испытаний на встряхивающем столике.

Расплыв конуса, см.

Добавка Наномодифицированный суперпластификатор MC-PowerFlow 3100, % от массы цемента.

Количество встряхиваний на встряхивающем столике.

0

5

10

15

0

9,7

10,3

10,6

11,2

0,5

9,5

11,2

13,6

17,6

1,0

25,7

-

-

-

1,5

32,5

Наблюдается водоотделение смеси.

По результатам исследований было установлено оптимальное дозирование добавки наномодифицированного суперпластификатора, для работы берется 1,5 % пластификатора.

Далее исследование проводили на бетонных смесях, содержащих оптимальные добавки суперпластификатора. В качестве контрольной была принята смесь, состав которой приведен ниже в таблице 3.

Таблица 3

Контрольная смесь

Компонент бетонной смеси:

Расход на 1 м3, кг.

Расход на 8л., кг.

Цемент

450

3,68

Мелкий заполнитель(песок)

800

6,36

Крупный заполнитель (щебень)

700

5,52

Доломитовая мука

200

1,66

Далее после приготовления смеси в бетонном смесителе определялись следующие характеристики: расплыв стандартного конуса, плотность смеси, характеристики бетона при сжатии и при изгибе в возрасте 28 суток. Из каждого варианта смеси изготавливалось по два образца-кубика с ребром 100 мм. и одна балочка 70х70х280 мм., Образцы-кубики испытывались на предел прочности при сжатии. Балка испытывалась на предел прочности на растяжении при изгибе.

Испытание на контрольной смеси показали, что смесь является самоуплотняющейся так как характеризовалась расплывом стандартного конуса в 75 см. в смесь вводилась металлическая фибра в количестве 0,7 %, 1 %, 1,3 % от массы смеси. Приведено в таблице 4.

Таблица 4

Испытания контрольной смеси

Расход фибры,% от общей массы смеси

Бетонная смесь снаномодифицированным пластификатором MC-PowerFlow 3100 (1,5%)

Расплыв конуса, см.

Плотность смеси, кг/м3.

0

73

2365

0,7 %

72

2295

1,0 %

65

2295

1,3 %

46

2325

Из таблицы видно, что самоуплотняющаяся бетонная смесь может быть армирована металлической фиброй в количестве 1 %. При расходе фибры 1,3 % бетонная смесь перестает быть самоуплотняющейся.

Фибровое армирование самоуплотняющихся бетонных смесей отразилось на технических характеристиках бетона, они указаны в таблице 5.

Таблица 5

Испытания бетонных образцов

Расход фибры,% от общей массы смеси

Бетон из смеси снаномодифицированным пластификатором (1,5%)

Предел прочности при сжатии, МПа

Предел прочности при изгибе, МПа

Плотность, кг/м3

Время до полного разрушения при испытании на изгиб, с.

0

71,4

5,9

2360

10,7

0,7 %

72,2

6,1

2445

10,9

1,0 %

81,9

7,1

2475

21,5

1,3 %

83,9

7,7

2495

28,8

Как видно из таблицы увеличение фибры ведет к прочностным характеристикам бетона.

Анализируя данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов, можно сделать вывод: наиболее оптимальный состав для производства фиброармированнных самоуплотняющихся бетонов с 1,5 %-м расходом наномодифицированного пластификатора MC-PowerFlow 3100 и фибры 1 %.

Литература:

1. Шестернин А. И., Коровкин М. О., Ерошка Н. А. Основы технологии самоуплотняющегося бетона // Молодой ученый. — 2015. — № 6. — С. 226–228.Штарк И. Долговечность бетона / Штарк И., Вихт Б. — Киев, 2004. — 295с.

  1. Базанов С. М. Самоуплотняющийся бетон — эффективный инструмент в решении задач строительства / С. М. Базанов, М. В. Торопова // Весь бетон.URL: http://www.ibeton.ru/a195.php.

moluch.ru


Смотрите также