В. Г. БАТРАКОВ, д-р техн. наук, проф. (НИИЖБ); М. Ш. ФАЙНЕР, канд. техн. наук (трест Черновицстрой Минстроя УССР), Ресурсосберегающий эффект модификаторов бетона
Применению модификаторов бетона посвящено много работ [1, 2 и др.]. В них приводятся новые составы модификаторов. анализируется механизм их воздействия на цементные системы, показывается эффективность применения для изготовления бетонов. При этом некоторые из них по данным разработчиков не уступают по свойствам суперпластификаторам С-3, СМФ, «Мельмеит-LlO» и «Майти». Этот поток информации необходимо систематизировать и определить реальную эффективность модификаторов.
Известно, что в зависимости от применяемого цементатребуемых свойств бетонной смеси и бетона, условий твердения конструкций одни н тот же модификатор может давать различный эффект. Например, при сравнении УПБ, ЛСТМ-2 и С-3 при использовании цемента Воскресенского завода предпочтение отдается пластификаторам типа ЛСТМ-2 и С-3. В то же время ЛСТМ-2, обладающий более высоким по сравнению с УПБ водоредуцнрующим действием, малоэффективен для бетонов ускоренного твердения на цементе Николаевского ЦБК. А УПБ, не дающая больших преимуществ для бетона нормального твердения, высокоэффективна при тепловой обработке изделий.
В проведенных экспериментах применяли портландцемент марки 660 Здолбуиовского 11ШК. портландцемент с минеральными добавками марок 400 и 500 Николаевскою ЦГК. Каменец- Подольского, Ольшанского, Здолбуновского, и Крнчевского заводов, сульфатостойкий портландцемент марки 400 Вольского заводов, шлакопортландцечеит Каменец-Подольского. Здолбуиовского и Криворожского заводов. Отдельные опыты выполняли с использованием портланд цемента Воскресенского завода, шлако- портландцемента и портландцемента с минеральными добавками Балаклейского. Первомайского и Белгородского заводов.
Исследовали модификаторы типов УПБ ЛСТ, ЩСПК, НДК (сухая смесь низших дикарбоновых кислот), ЛСТМ-2, ПФС, ФТП, С-3, 10-03, СМФ. а также из сочетания с СН, ННК, НК, «Нитродап» (раствор, состоящий из нитритов натрия, нитрата кальция и других электролитов) и др. Отдельные опыты выполняли с использованием НИЛ-20, НИЛ-21, ХДСК-1. В экспериментах применяли гранитный щебень фракций 5...20 и 5...40 мм, щебень из долом итизироваиного известняка фракций 5...20 и 5...40 мм, гравий и щебень из гравия фракций 5...20 и 5...40 мм, кварцевый и полевошпатный пески с Мк = — 1,2...2,7 водопотребностью 6,5.. 13,2 %. Тепловую обработку бетона проводили в лабораторных пропарочных камерах. Практически все исследования сверяли с данными производственного опыта в условиях ПО «Львов- железобетон». Броварского ЗСК, ПО «Ровножелезобетон». ПО «Николаев- железобетон», ПО «Курскстройдеталь», Киевского треста № 1, треста Черновицстрой и др.
На первом этапе изучали водоредуцирующий эффект исследуемых модификаторов. Анализ экспериментальных данных показал, что по водоредуцирующему эффекту их можно объединить в три группы 1 — С-3, 10-03 и СМФ; 2 —ЛСТМ-2, ПФС, ХДСК-1, НИЛ-20, ЛСТ; 3 — УПБ, ФТП, ЩСПК, НДК- Причем их водоредуцирующий эффект снижается по приведенной последовательности;
Известно, что водоредуцирующий эффект технических лигносульфонатов отличается для различных заводов-изготовителей. Например, ЛСТ Калининградского ЦБК обладает водоредунирующим эффектом, равным, а иногда более высоким, чем ЛСТМ-2 и ЛСТ Котласского ЦБК. Водоредуцирующий эффект ЛСТ некоторых ЦБК позволил успешно использовать этот тип соединений для снижения расхода цемента и улучшения технических свойств бетона [3].
Учитывая относительно высокую стоимость суперпластифнкаторов С-3. 10-03 и СМФ, была предпринята попытка совмещения их с ЛСТ и УПБ. Результаты эксперимента показали, что совмещение С-3, 10-03 и СМФ с ЛСТ и УПБ в соотношении 3:1...2:1 почти не снижает их водоредуцирующего эффекта. Обобщенные результаты исследований водоредуцирующего эффекта пластификаторов в зависимости от их расхода, Ц/В и удобоукладываемости бетонной смеси приведены на рис. I.
На втором этапе исследований изучали влияние модификаторов на предел прочности бетона при сжатии в условиях различных режимов тепловой обработки при сопоставимой удобоукладываемости бетонной смеси. Общая картина эффективности пластификаторов проявилась более пестро и ярко. Некоторые из них, обладая высоким водоредуцирующим эффектом, снижали прочность бетона при сопоставимой удобоукладываемости бетонной смеси.
Одна из таких зависимостей для УПБ, ЛСТМ-2 и С-3 на портландцементе марки 500 с минеральными добавками Николаевского ЦГК приведена на рис. 2. Установлено, что в условиях эксперимента практически все лигносульфонаты, применяемые без ускорителей твердения, при общей продолжительности тепловой обработки 12 ч и менее и температуре изотермической выдержки ниже 80 °С для бетонов с Ц/В<2,5 при использовании цементов с коэффициентом эффективности при пропаривании менее 0,62 [4]. а также шлакопортландцеменга не дают существенного положительного эффекта.
Нецелесообразно применение лигносульфонатов для медленнотвердеющих цементов в нормальных условиях твердения при температуре ниже 10 С. В то же время при длительных режимах тепловой обработки с использованием быстротвердеющих и высокопрочных цементов в нормальных условиях твердения бетона введение лигиосульфонагов оправданно. Они практически незаменимы для сохраняемости бетонных смесей без снижения прочности бетона.
В условиях тепловой обработки мри использовании цементов с коэффициентом эффективности при пропаривании менее 0,62, в том числе шлакопортландцемента, целесообразно введение суперпластификаторов СМФ, а также пластификаторов ПФС и УПБ. Для рассматриваемых условий СМФ более эффективна, чем С-3. Применение С-3, 10-03, а также Г 3+УПБ. 10-03+УПБ в оптимальном соотношении целесообразно во всех случаях.
Для условий тепловой обработки бетона эффективно использование комплексных модификаторов, включающих ПАВ-ускоритель твердения. Наибольший эффект достигается при сочетаниях ЛСТ+СН, УПБ+НК или ННК, ПФС+НДК, ПФС + НК.
Таким образом, для условий тепловой обработки при обычных режимах с целью повышения прочности бетона, снижения расхода цемента и интенсификации твердения при использовании большинства цементов эффективность модификаторов можно выразить следующим рядом:
Некоторые отклонения в сторону уменьшения эффективности наблюдаются при использовании СИ для высоко- алюминиевых цементов, в сторону повышения — при введении ЛСТ для бездобавочных низкоалюминатных цементов 1 группы эффективности при пропаривании
Эффективность рассматриваемых модификаторов изменяется при длительном твердении (28 сут и более) при температуре 25 °С и более, длительных и мягких режимах тепловой обработки и т. п. В этих случаях ряд модификаторов по эффективности имеет следующий вид-
На третьем этапе исследовали влияние модификаторов на морозостойкость бетона. Установлено, что при использовании практически всех рассмотренных модификаторов (кроме ЩСПК) при одинаковых значениях Ц/В морозостойкость бетонов не увеличивается, хотя объем вовлеченного воздуха по сравнению с контрольными составами повышается на 2...4 %. Повышение морозостойкости бетонов достигается благодаря водоредуцирующему эффекту.
Исследование завершено комплексным технико-экономическим анализом [5, 6]. К сожалению, этот этап при определении перспективных направлений использования модификаторов обычно недооценивается, поэтому иа многих предприятиях выбор их видов и расхода оказывается случайным.
В основу анализа были положены зависимости удельных затрат от вида и расхода модификаторов при использовании различных цементов, смесей с различной удобоукладываемостью для конструкций, отличающихся размерами сечения и густотой армирования в условиях тепловой обработки и нормального твердения.
Выводы
При использовании рассмотренных пластификаторов и комплексных модификаторов иа их основе оптимальное соотношение между маркой цемента и классом бетона смещается с 1,5...2 (СНиП 5.01-23-83, СНиП 3-03-01-87) до 0.75...1.35.
Применение С-З и СМФ наиболее эффективно для получения высокомарочных бетонов класса ВЗО и выше при использовании цементов, марка которых равна или ниже прочности проектируемого бетона, а также литых бетонов класса не ниже В20. Эффективность этих суперпластификаторов можно повысить сочетанием с УПБ и ЛСТ (1,5...3: 1). Применение 10-03 оправдано только для высокопрочных бетонов из высокоподвижных и литых бетонных смесей.
Для бетонов классов В10...В25 с маркой и удобоукладываемостью до П2 в условиях тепловой обработки при использовании цементов II и III групп эффективности при пропаривании целесообразны ПФС, УПБ, НДК, ЛСТ+ +СН, ННК(НК)+УПБ, ННК(НК) + +ПФС, ПФС+НДК.
Применение практически всех лигносульфонатов, ие содержащих ускорителей твердения, для бетонов классов В7.5...В25 на цементах II н III групп эффективности при пропаривании не дает преимуществ при продолжительности тепловой обработки менее 11 ч. Введение лигносульфонатов в бетоны, подвергаемые тепловой обработке, наиболее эффективно при использовании цементов 1 группы эффективности при пропаривании, а также при определении класса бетона в длительные сроки (28 сут и более) при температуре твердения не ниже 15 °С.
Наибольший экономический эффект от применения суперпластификаторов может быть достигнут при замене конструкций из обычных бетонов высокопрочными классов В40 и выше, использовании обычных цементов вместо высокомарочных для увеличения производительности формовочных постов.
Использование комплексных модификаторов, содержащих ускоритель твердения, позволяет сократить длительность твердения бетона до получения требуемой прочности и экономии цемента. При введении обычных ПАВ достигается в основном только экономия цемента и в отдельных случаях — дополнительное улучшение удобоукладываемости бетонной смеси.
Бетон и железобетон, 1991