А. КРЫЛОВ, д-р техн. наук, проф.; В. Н. ЕРОШКИН, инж. (НИИЖБ), Критическая прочность бетонов к моменту замораживания
В НИИЖБ исследована возможность снижения величины критической прочности бетона перед замораживанием, в том числе при применении пластифицирующих добавок. Исследования проводили на бетонах, приготовленных на портландцементах марок 400 и 500 Воскресенского (Сз8 = 60, C2S=11, СзА= = 6%, C4AF=14%) и марки 400 Белгородского (C3S = 66, C2S;=16, СзА=5, QAF = 13%) заводов. Заполнителями служили гранитный щебень фракции 5...20 мм и кварцевый песок с Мк = — 1.65, добавками — суперпластификатор С-3 и щелочной сток производства капролактаыа (ЩСПК).
Образцы-кубы с ребром 10 см замораживали сразу после формования и после достижения бетоном прочности 3, 5, 8, 10 и 12 МПа, выдерживали в течение суток при температуре —25°С и испытывали в возрасте 7, 28, 90 и 180 сут твердения в нормальных условиях после оттаивания.
Результаты показали, что бетон без добавок, приготовленный на портландцементах обоих заводов с В/Ц от 0,42 до 0,81, прочностью 5 и более МПа, подвергнутый однократному замораживанию, в возрасте 28 сут после оттаивания не имеет потерь прочности на сжатие и в дальнейшем продолжает твердеть аналогично бетону, хранившемуся в нормальных условиях. Продолжительность его выдерживания при температуре 18... 20°С для достижения этой прочности по сравнению с требуемой СНиП сокращается примерно в 2 раза (см. рисунок).
Для исследования бетонов с добавками изготавливали образцы на воскресенском портландцементе с В/Ц = 0,41... 0,42 и 0,69...0,72 при О.К 3...5, 7... 10 и 19...20 см. Подвижность 3...5 см бетонной смеси с добавкой была получена при снижении расхода цемента и воды на 15 °.о по сравнению с бездобавочным бетоном при применении С-3 и на 10% при применении пластифицирующе-воздухововлекающей добавки ЩСПК, а также при уменьшении водосодержания. Осадка конуса смеси составляла 7 и 10 см при введении добавки ЩСПК 0,8 и 0,25% массы цемента соответственно для бетона с ВП 0.41 и 0,72. Литые смеси были получены при введении в бетой добавки С-3 в количестве 0,4% массы цемента при В/П = 0,42 и 0,7% при В/Ц = 0,69.
Испытания показали, что замороженный сразу после формования бетон имеет значительные потери прочности при сжатии при использовании пластичных и литых смесей, а также при снижении их водосодержания. В возрасте 28 сут образцы имели до 40% потерь прочности и даже в возрасте 180 сут не всегда достигали марочной прочности. Снижение водосодержания смеси, а также дополнительное воздухововлечение при применении добавки ЩСПК не уменьшило деструктивных явлений, вызванных увеличением объема замерзающей воды и нарушением сцепления крупного заполнителя с растворной частью.
При замораживании бетона прочностью более 3 МПа имеются незначительные потери прочности, продолжается твердение, и в возрасте 28 сут R достигает 130%. Замораживание при меньшей прочности приводит к ее снижению в возрасте 28 сут по сравнению с незамораживаемыми образцами. Достигнутая к этому времени степень гидратации цемента и сравнительно большое количество воды, находящееся в свободном состоянии, независимо от наличия «резервных» пор, достаточных для получения в зрелом возрасте морозостойкого бетона, ие могут обеспечить стойкость образцов при одноразовом замораживании.
Замораживание бетона с добавками С-3 и ЩСПК по достижении прочности около 5 МПа не приводит к ее снижению в процессе дальнейшего твердения при положительных температурах. Так же, как п при испытании бетона без добавок. наблюдается некоторое повышение прочности в возрасте 28 сут по сравнению с незаморажнваемым бетоном. Оно объясняется увеличением степени гидратации цемента при твердении после замораживания, повышением плотности гелевых оболочек цементных зерен, снижением фактического В/Ц и т.п. [2, 3]. Эффект упрочнения будет проявляться, если бетон к моменту замораживания имеет в определенной степени сформированную структуру.
Применение суперпластификатора С-3 позволило сократить расход цемента на 70 кг на 1 м3 для получения бетона равной прочности с В/Ц = 0,42 и на 40 кг — с В/Ц = 0,69 при почти одинаковом расходе добавки. В бетонах с высоким содержанием цемента целесообразно применять С-3 для получения более однородных смесей с осадкой конуса 18... 20 см, т. е. литых, преимущества которых общеизвестны. Кроме того, использование С-3 позволило на 4...6 ч сократить время набора бетоном прочности 5 МПа, обеспечивающей получение после замораживания марочной прочности при снижении расхода цемента и воды или только воды.
Для бетонов с невысоким содержанием цемента более целесообразно применять менее дорогие и дефицитные добавки с умеренным пластифицирующим эффектом. Такой добавкой может быть ЩСПК, позволяющая при меньшем ее расходе получать смеси одинаковой подвижности в бетонах низких марок.
Определение физико-механических свойств бетона с В/Ц=0,42 без добавок и с добавкой С-3, замороженного при прочности 5 и 5,1 МПа, показало, что его прочность на растяжение при изгибе, призменная прочность и начальный модуль упругости ие отличаются от соответствующих характеристик бетона, твердевшего при положительных температурах и не подвергавшегося замораживанию.
Испытания на морозостойкость бетона прочностью 5,2...5,6 МПа, подвергнутого замораживанию, показали (см. таблицу). что без добавки и с добавкой С-3 при В/Ц = 0,69 на воскресенском портландцементе он выдержал 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Бетон с В/Ц=0,42, твердевший 28 сут в нормальных условиях до испытания, после 150 циклов имел потери прочности 35%, а замороженный прочностью 5,6 МПа — 25%. Снижение расхода цемента и воды на 15% при применении С-3 позволило получить бетон, хранившийся до испытания в тех же условиях. что и бездобавочный, с маркой по морозостойкости 300.
При испытаниях на морозостойкость бетой прочностью около 5 МПа после замораживания имел показатели, уступающие бетону нормального хранения. Преждевременное замораживай бетона до достижения им критической прочности приводит к структурным нарушениям, что в первую очередь моя сказаться на его проницаемости и морозостойкости. Поэтому к конструкциям, подвергающимся во время эксплуатации замораживанию и оттаивании в водонасыщенном состоянии, представляются повышенные требования по критической прочности.
Приведенные результаты, анализ документов зарубежных стран данные советских и зарубежных учен позволяют сделать вывод о том, что для конструкций, эксплуатирующихся зданий, оснований дорожных покрытий, фундаментов под оборудование, ц( подвергающихся динамическим воздействиям, и для надземных конструкций однократное замораживание бетона может быть допущено по достижении прочности, равной 5 МПа. При этом доли также выполняться требования действующих СНиП об обеспечении после оттаивания проектной прочности бетона KI менту полной загрузки.
Пластифицирующие добавки могут успешно применяться при зимнем бетонировании со снижением критической прочности бетона перед замораживай ем до 5 МПа. .-яр
Снижение критической прочности позволит значительно сократить продолжительность ухода за бетоном до за мораживания, снизить расход электроэнергий при тепловой обработке (или вообще от казаться от нее), расширить области применения способа термоса, увеличить температурные границы использования средств утепления бетона и их оборачиваемость без снижения качества возводимых конструкций.
Снижение трудозатрат, энергии и материалов при применении химических добавок MOTVT частично компенсировать дополнительные затраты на бетонирование в зимних условиях.
Бетон и железобетон, 1987