С. С. КАПРИЕЛОВ, М. Г. БУЛГАКОВА, кандидаты техн. наук (НИИЖБ); Я. Л. ВИХМАН, инж. (трест Павлодарпромстрой), Деформативные свойства бетонов с использованием ультрадисперсных отходов Ермаковского завода ферросплавов
Применение в качестве активных микронаполнителей ультрадисперсных отходов Ермаковского завода ферросплавов с пониженным содержанием микрокремиезема позволяет эффективно решить проблему улучшения свойств бетонов и экономии цемента.
В НИИЖБе исследовали прочностные и деформативные свойства бетонов, содержащих пыль рукавных фильтров (ПРФ) систем газоочистки печей, в которых выплавляется ферросилиций. Определяли влияние ПРФ на кратковременные и длительные характеристики бетона и с этих позиций оптимальное количество микронаполнителя в составе бетонных смесей.
Испытывали образцы бетона класса В45 трех составов: 1 — контрольный без ПРФ, 2 — со сниженным на 155 кг расходом цемента и 30 % ПРФ, 3 — со сниженным на 57 кг расходом цемента и 29 % ПРФ массы цемента (табл. 1).
В составе 2 расход вяжущего, под которым подразумевается смесь цемента и ПРФ, составляла 504 кг/м3, а ,в составе 3 был завышен (628 кг/м3) для определения влияния этого фактора на деформативность бетона. Подвижность всех бетонных смесей была одинакова и соответствовала 6...7 см.
В опытах использовали портландцемент марки 400 Воскресенского завода, песок с Л4К=2, гранитный щебень фракций 5...20 мм, а также ПРФ, содержащий Si02—65,4; А1203—2,3; Fe203 — 6.6; СаО — 2,2; MgO — 4,3; Na20 - 0,2; КгО - 0,6; S03 — 1,9; п.п.п.— 15,9 %.
Испытания проводили по ГОСТ 24452—80 и ГОСТ 24544—81 на образцах-кубах с ребром 10 см и призмах размером 10Х10X40 см, которые подвергали тепловлажностной обработке по режиму 3-p3-p8+2 ч с изотермическим прогревом при 85 СС.
В результате кратковременных испытаний были получены следующие характеристики: начальный модуль упругости Ее при уровне нагружений 0,3Re полные деформации бетона при напряжениях с=0,95; коэффициент упругости v, определенный как отношение упругих деформаций к полным деформациям бетона ее.
При длительных испытаниях бетонов определяли деформации усадки набухания и ползучести. Результаты кратковременных испытаний представлены в табл. 2 и на рис. 1.
Из полученных данных следует, что при замещении 28,5 % цемента ПРФ прочность бетона оптимального состава 2 не снижается. При этом повышается коэффициент призменной прочности „„=„//? и снижается начальный модуль упругости, который отличается от предусмотренного СНиП 2.03.01—84 на 14 %.
Анализ деформативных свойств (см. рис. 1) показывает, что бетон с ПРФ при уровне нагружения, близком к разрушающей нагрузке (0,9Re), имеет продольные и поперечные деформации, превышающие параметры контрольного бетона. Деформации повышаются соответственно увеличению расхода микронаполнителя в составе бетона, т. е. добавка ПРФ изменяет предельную растяжимость и сжимаемость бетонов. При этом верхняя граница области развития микротрещин соответствующая увеличению коэффициента поперечной деформации до 0,5, у бетонов состава 2 с замещением 28,5 % цемента ПРФ по абсолютному значению достаточно высока
Результаты исследования процессов усадки и набухания бетонов, твердевших в нормальных условиях, показывают (рис. 2), что усадочные деформации в образцах составов 1 и 2 стабилизируются к 100 сут. При этом деформации в бетонах с ПРФ в 5 раз меньше, чем у контрольных образцов. В образце состава 3 с повышенным количеством ПРФ усадочных деформаций не наблюдается, более того, уже в небольшие сроки твердения проявляется небольшое расширение, которое сохраняется на постоянном уровне и в последующие сроки.
Рис. 3. Полные деформации бетонов i ...3 — составы по табл. 1
При погружении в воду после стабилизации усадочных деформаций бетоны с ПРФ проявили повышенную способность к набуханию. Деформации набухания увеличиваются с повышением количества ПРФ в составах бетонов 2 и 3. Этому способствует повышенное водопоглощение бетонов с микронаполнителем: например,образиы с повышенным содержанием вяжущего, в том числе ПРФ (3), в процессе испытаний поглотили воды на 27 % больше контрольных.
Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод о том, что снижение деформаций усадки и набухания бетонов с добавкой ПРФ связано с особенностями структуры цементного камня и бетона, которые влияют на повышенную водоудерживающую способность при твердении в нормальных условиях и водопоглощение при насыщении водой. Это явление имеет важное практическое значение: при производстве конструкций в условиях сухого и жаркого климата наружную поверхность отформованного бетона с ПРФ необходимо защищать от быстрого высыхания, так как удаление воды с поверхностных слоев будет приводить к усадке, в то время как в глубинных слоях бетона может проявляться эффект расширения, что неизбежно приведет к появлению поверхностных трещин.
Ползучесть бетонов исследовали на образцах, которые ие были изолированы от влагообмена с окружающей средой и подвергались воздействию постоянной сжимающей силы, соответствующей уровню нагружения примерно 0,3Rb. Полные деформации образцов за весь период испытаний (нагружение, выдержка под постоянной нагрузкой, разгружение) приведены на рис. 3. В бетонах состава 2 при уровне длительного нагружения 0,27Rb деформации проявились так же, как в контрольных образцах. В то же время бетон состава 3 деформировался в большей степени. Известно, что деформации ползучести зависят от объема гелевой составляющей цементного камня, а в образцах 3 содержалось повышенное количество вяжущего (цемента 486, ПРФ 142 кг/м3), что привело к увеличению деформаций.
Предельные относительные деформации ползучести, вычисленные по уравнению линейной регрессии (ГОСТ 24544—81) на 180-е сутки, составили для бетона состава 1—2,63x10~5, состава 2 — 2.1Х10-5, состава 3 = 3,88х 10 5. Нормативное значение меры ползучести Сн для бетонов, подобных по качеству исследованным (Rb= =50 МПа, О. К.=6 см), составляет 6,8Х 10 ~5. Таким образом, даже имеющие повышенную деформативность бетоны с увеличенным содержанием ПРФ, по мере ползучести укладываются в нормативные значения.
Выводы
Бетоны с ПРФ в количестве до 30 % массы цемента при общем расходе вяжущего в составе смесей не более 500 кг/м3 обладают прочностью, дефор- мативностью, модулем упругости, соответствующими обычным бетонам равной прочности. При этом деформации усадки снижаются.
На комбинате ЖБИ-2 треста Павлодарпромстрой проведены испытания плит перекрытий ПК 12,5-58-12 серии ИИ-04, армированных преднапряженной арматурой класса Ат-V, изготовленных из бетонных смесей с расходом цемента 230, ПРФ — 70 кг/v3, суперпластификатора— 1,8% массы цемента и имеющих подвижность 1....2 см. Прочность, жесткость и трещиностойкость плит из такого бетона на ПРФ выше проектных значений, что подтверждают результаты лабораторных испытаний.
Бетон и железобетон, 1991