Суперпластификаторы в бетоне

Третья международная конференция по суперпластификаторам и другим химическим добавкам в бетоны по традиции была организована и проведена Канадским центром технологии переработки минерального сырья и энергетических ресурсов (КАНМЭТ) в сотрудничестве с Американским институтом бетона (АСИ) в октябре 1989 г. в Оттаве. В конференции приняли участие более 200 специалистов из 21 страны, в том числе из Канады — 91, США — 38, Японии — 23, Франции — 9, Италии — 8.

Если в начале 40-х годов внедрение воздухововлекакдцнх добавок явилось революционизирующим моментом в технологии бетонов, то внедрение суперпластификаторов в настоящее время является еще более значительным прорывом.

В промышленно развитых странах бетоны без химических добавок практически не используются (см. таблицу).

В ходе обсуждения более 45 представленных докладов и дискуссии с ведущими зарубежными специалистами четко проявились основные направления развития дальнейшей химизации бетона. Активно изучается влияние фракций суперпластификаторов (молекулярно-массовое распределение) на свойства цементных систем. Большое внимание уделяется разработке теоретических основ модифицирования цементных систем, зависимости нх свойств от строения органических соединений, природы и расположения функционально-активных групп, радикалов, их конформационного состояния, длины олигомерной цепи, емкости и толщины монослоя.


Многие ученые считают, что применение суперпластификаторов с целью экономии цемента, повышения удобоукладываемое и прочности бетона является важным, но побочным эффектом. Основное н главное назначение суперпластификаторов и комплексных модификаторов на их основе — это улучшение качества бетонной смеси и бетона, повышение его долговечности.

Из 12 сессий, на которые была разбита работа конференции, две были посвящены качеству и долговечности, а представленные на других сессиях доклады также в той или иной степени касались этих проблем. Можно особо отметить работы японских н канадских специалистов, посвященные исследованиям долговечности суперпластифици- рованных бетонов в зависимости от характеристик поровой структуры бетона, введения новейших ингибиторов коррозии в виде полимерных дисперсий, кремнийорганических соединений, микрокремнезема и различных воздухововлекающих добавок, а также работы по созданию дорожных и других бетонов, способных противостоять действию солей-антиобледенителей.

В работе конференции наглядно проявилось стремление к использованию в бетонах отходов промышленности. Наибольший интерес вызвал доклад проф М. Колепарди из Италии по оптимизации суперпластифицированных бетонов. Доклад, отмеченный первой премией жюри оргкомитета, был посвящен подбору состава бетона на основе золы-уноса, не уступающего по прочности бетону на основе дефицитного и дорогостоящего микрокремнезема. Авторам удалось получить такой бетон на цементе типа III ( по ASTM) при его расходе около 300 кг/м, содержании золы-уноса в количестве 12...20 % массы цемента и суперпластификатора — 2...4 %. Отличное впечатление произвела также работа японских специалистов по суперпластифицированным бетонам с высоким расходом доменных шлаков.

Большое внимание привлек отмеченный второй премией оргкомитета доклад Ф. Кинни (США) по повторному использованию неуложенного бетона. Известно, что только в США ежегодно более 7,5 млн. м:< товарного бетона по разным причинам не складывают в формы и возвращают на бетоносмесительные узлы и в отвалы. Введение новейших комплексных добавок, стабилизирующих процессы гидратации цемента, позволяет хранить неуложенные товарные смеси до 72 ч с последующей активацией смесн и ее укладкой.

Важное место в работе конференции заняли доклады по химическим добавками специального действия, в том числе для применения в легких бетонах. Например, в Италии создан новый суперпластнфнкатор, который позволяет улучшить удобоукладываемость смеси, не вызывая расслоения. В сочетании с новыми технологическими приемами введение такого суперпластификатора позволяет обеспечить прочность легких бетонов свыше 60 МПа при плотности менее 1700 кг/м3.

Следует отметить сильноводоредуцирующне японские добавки на основе сополимера с функциональными щелочными и карбоксильными группами и сульфоннроваиного нафталинформальдегида, позволяющие более эффективным способом получать удобоукладываемые высокопрочные бетоны с применением микрокремнезема.

Несколько типов модификаторов бетона разработано н с успехом применено в Италии и Японии для подбора составов при подводном бетонировании. Указанные бетоны обладают высокой прочностью, сульфатостойкостью, водонепроницаемостью, удобоукладываемостью н связностью, дают большой экономический эффект в результате ускорения производства работ.

Американская фирма «Мастер Бил- дерс» представила новый бесхлорндный ускоритель твердения, работающий в интервале температур —7...+ 35 °С. Добавка позволяет регулировать время схватывания, которое отодвигается при замещении части цемента золой-уносом.

Несколько докладов было посвящено созданию новейших методов исследования свойств супер пластификаторов и бетонов на их основе, идентификации их природы с помощью инфраспектрометрии, термогравиметрии и других современных методов. Разработаны приборы для оценки эффективности н выбора оптимальной дозировки суперпластифн- каторов для конкретного вида цемента.

Интерес к суперпластификаторам проявился в широко представленном на конференции опыте применения бетонов на нх основе в таких ответственнейших сооружениях, как защитные оболочки атомных реакторов, платформы для добычи нефти не шельфе и в других сложных инженерных сооружениях. Так, в Норвегии, где более 95 % товарного бетона содержат химические добавки с расходом не менее 2 л/м3 бетона, при возведении платформы «Осеберг А» были применены четыре различные добавки одновременно и скорость возведении в скользящей опалубке впервые диктовалась не сроками схватывания, а скоростью укладки бетона.

Советская делегация, принимавшая участие в конференции, посетила Канадский институт исследований в строительстве (ИИС) и ознакомилась с работой секции материалов (руководитель д-р В. Рамачандран). Строительство Канады представляет собой развитую и специализированную отрасль, включающую около 110 тыс. фирм и 12% всей рабочей силы. В 1988 г. в строительстве и сопутствующих отраслях создано ценностей более чем на 90 млрд. канадских долларов.

Техническую политику и общее руководство строительством в Канаде осуществляет Национальный Совет по исследованиям в строительстве, а основной исследований выполняется ИИС. Бюджетный фонд института в 1988—1989 гг. составлял 20 млн. 150 тыс. долларов, из которых на разработки и исследования израсходовано 11 млн. 250 тыс., на передачу технологий — 3 млн., на разработку норм и стандартов — 1,7 млн., на аттестацию новых материалов и конструкций— 1,3 млн., на административные нужды — 2,9 млн. долларов. Штат сотрудников распределяется таким же образом: исследования и разработки — 106, передача технологий — 47, нормы и стандарты — 34, аттестация материалов— 15, администрация — 37 чел.

Институт оснащен самым современным оборудованием, укомплектован высококвалифицированным персоналом, имеет широкие связи с промышленностью и научными центрами за рубежом. В институте действует группа технической информации, имеется библиотека с компьютерным обеспечением, группа маркетинга и контрактов, а также издательская группа. Секция материалов в составе 23 чел. является средним по величине подразделением, и в ее работе основное место занимают исследования новых видов бетонов, создание ускоренных методов прогнозирования долговечности бетонов, разработка новых эффективных модификаторов, выявление механизма разрушения бетона.

Определенный интерес вызывают работы по созданию сверхдолговечных бетонов с планируемым сроком службы в 500 лет для хранилищ радиоактивных и других особо опасных отходов промышленности.

Участие в конференции позволило выявить новейшие направления в развитии исследований в области создания добавок-модификаторов различного назначения, оценить место и уровень отечественных достижений в этой области.

Экспериментально установлено, что нагрузка образования первых трещин в колоннах с ненапрягаемой арматурой составляет в среднем 25 % разрушающей. В преднапряженных колоннах нагрузка образования первых трещин значительно выше — в среднем 60 % разрушающей. При этом на также влияют процент армирования продольной арматурой и напряжения в арматуре растянутой зоны. При нормативной нагрузке 400 кН сх=00,8 мм. Следовательно, в данном случае пред- напряженные колонны соответствуют II категории трещиностойкости по СНиП 2.03.01 — 84. которая регламентирует работу конструкции при асгс0,2 мм.

Благодаря высокой трещнностойкости преднапряженных колонн двутаврового сечения и малым асгс данные конструкции можно применять в зданиях с агрессивными средами. Из таблицы видно, что трещиностойкость преднапряженных элементов в среднем в 2,6 раза выше, чем элементов с ненапрягаемон арматурой.

Экспериментами установлено, что на трещиностойкость преднапряженных колонн влияет величина преднапряжения в арматуре и в меньшей степени процент армирования. Из усилий трещинообразования, приведенных в таблице, для преднапряженных колонн, испытанных с одинаковым относительным эксцентриситетом во h, видно, что в преднапряженных колоннах с меньшим процентом армирования, но с большим преднапряжением в арматуре наблюдается повышение трещнностойкости до 10 %. Это объясняется тем, что усилия предварительного обжатия с учетом всех потерь Рг в преднапряженных колоннах с 1170 МПа имели большие значения, чем в колоннах с 0о=65О МПа, поскольку при одинаковых потерях преднапряження в арматуре оставшееся преднапряжение в арматуре в колоннах с ао=1170 МПа больше, чем в колоннах с 650 МПа.

Следовательно, для увеличения трещнностойкости преднапряженных двутавровых колонн и экономии арматурной стали, когда внешнюю силу прикладывали, целесообразно использовать арматуру с более высокими прочностными показателями, оставляя обжатие бетона прежним, увеличивая преднапряжение в арматуре благодаря применению новых видов арматуры, что уменьшает расход продольной напрягаемой арматуры в колоннах. При этом прочность элемента снижается незначительно (до 15 %) при уменьшении плошали преднапряженной арматуры в два раза.

Выводы

Преднапряженные железобетонные колонны двутаврового сечения обладают высокой трещиностонкостью, что позволяет рекомендовать их для промзданнй с сильноагрессивными средами, где требуется сохранить арматуру от коррозии.

На основании опытных данных установлено, что для увеличения трещнностойкости преднапряженных двутавровых колонн целесообразно, оставляя обжатие бетона без изменения, увеличивать преднапряжение в арматуре. Это открывает перспективу использования новых видов арматуры с более высокими прочностными показателями и дает возможность снизить расход продольной напрявляемой арматуры и нреднапряженных колоннах.

Бетон и железобетон, 1991