Б. М. КРАСНОВСКИЙ, И. И. ДОЛГОПОЛОВ, доктора техн. наук, профессора, В. В. ЗАГРЕКОВ, инж., М. А. СУХАНОВ, Р. Н, ЛОРЕТТОВА, кандидаты техн. наук (ЦМИПКС), Твердение бетонов на ВНВ при отрицательных температурах
Одним из перспективных направлений в развитии беспрогревных методов зим- него бетонирования является создание и использование специальных цементов и вяжущих. К таким вяжущим можно отнести вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), получаемое путем нетрадиционного введения суперпластификатора в цемент при совместном помоле.
В опытах использовали цемент Белгородского завода активностью 38 МПа, речной песок с Л1 =1,7 и суперпластификатор С-3. Образцы-балочки размером 4Х4Х 16 см сразу после формования выдерживали при температуре +20, 0, —о и —10 °С и испытывали в возрасте 3. 7 и 28 сут после интенсивного оттаивания в проточной воде в течение 15...20 мин. Температура в центре испытуемого образца составляла +1... +3 °С. Из приведенных результатов испытаний (табл. 1 и рис. 1) видно, что мелкозернистый бетон на ВНВ обладает следующими свойствами: темп твердения бетона на морозе до —10 °С зависит от тонины вяжущего; так, с увеличением удельной поверхности с 500 до 700 м2/кг прочность на сжатие в возрасте 2S сут возрастает с 9 до 28.5 МПа при температуре — 10 °С и с 13,8 до 43,5 МПа — при —5 °С; бетон, находящийся в течение 28 сут при —КИС. при последующем выдерживании в течение 28 сут в нормальных условиях достигает 70...80 % марочной прочности, что свидетельствует о небольших структурных нарушениях в бетоне, возникших при замерзании; нетрадиционный способ введения суперпластификатора в бетонную смесь на основе ВНВ в отличие от введения его с водой затворения позволяет увеличить прочность бекона, твердеющего 28 сут при - 10 СС. с 3...4 до У, 18 и 28,5 МПа при тонне цемента соответственно 500. 600 и 700 м3/кг (см. рис. 1).
При введении супернластнфнкатора с водой затворения в количестве 1 % массы цемента прочность бетона с повышением тонкости помола уменьшается. Это объясняется тем, что при таком способе увеличение удельной поверхности цемента приводит к росту водо- потребности раствора. При увеличении удельной поверхности с 500 до 700 му/кг ВЦ бетона увеличивается с 0,33 до 0.41.
При введении суперпластифнкатора по технологии ВНВ водопотребность растворов с увеличением удельной исследовании установлено, что морфология новообразований при твердении ВНВ и обычного портландцемента идентичны. Способность бетона на ВНВ набирать прочность при температуре до —10 °С, очевидно, связана с особенностями поровой структуры его цементного камня. Исследованиями, проведенными методом ртутной поро- метрии, установлено, что на 28-е сутки нормального твердения цементный камень, изготовленный из теста нормальной густоты (Белгородский цемент с НГТЦ = 23 %), имеет суммарную пористость 0,1010 см3/г, в то время как цементный камень из ВНВ (НГТЦ= 16 %) —0,0558 см3/г. Больше половины всех пор (61,8 %) материала на основе исходного цемента имеют размеры больше 0,1 мкм. Это крупные капилляры, в которых вода замерзает при —3...—20 °С. В цементном камне из ВНВ эффективный (80%) сдвигается в сторону более мелких пор размером 0,1...0,01 мкм. Вода в таких порах замерзает при температуре —20...—40 °С [2]. что позволяет бетону на ВНВ твердеть на морозе.
Особенности поровой структуры бетона на ВНВ позволяют дополнительно снизить расход противоморозных добавок без увеличения льдистости на морозе, а значит н деструкции бетона, что косвенно подтвердилось и результатами экспериментов (табл. 2).
В опытах использовали цемент Старооскольского завода активностью 34 МПа, речной песок с гранитный щебень размером зерен 5.. 20 мм и суперпластификатор С.-3
Установлено, что при температуре не ниже —15°С целесообразно применять НН н НН+ХК в количестве 1...3 % 2... 4 %, что обеспечивает прочность через 28 сут твердения при —15 °С 22... 44 МПа с НН, 28...43 МПа с НН+ХК и 18...30 МПа с мочевиной (см. табл. 2). Увеличение расхода добавок свыше указанного количества не повышает прочности бетона, твердеющего на морозе, а при последующем его выдерживании в нормальных условиях снижает ее.
Использование 1...7 % НК не позволяет бетонам на ВНВ набирать прочность при температуре —15 °С более 10 МПа. Однако необходимо отметить, что бетон с НК, твердевший на морозе, при последующем выдерживании в нормальных условиях набирает самую высокую прочность по сравнению с бетонами на других добавках (см. табл. 2).
На прочность бетона с противоморозными добавками влияют также В/Ц, температурные условия твердения, тонина вяжущего и время предварительного выдерживания при положительной температуре. Влияние комплекса этих факторов исследовали на бетоне с использованием ВНВ и 3 % НН.
Закономерности изменения прочности бетона на ВНВ от В/Ц те же, что н для обычного бетона — с уменьшением В/Ц прочность растет. Однако прочность бетона на ВНВ. твердеющего на морозе, имеет параболическую зависимость от В/Ц с экстремумом при В/Ц=0,32 (рис. 2). При этом значении В/Ц в условиях отрицательных температур формируется наиболее плотная структура бетона, о которой можно судить по водоиасыщению образцов (табл. 31.
Увеличение тонкости помола цемента с 500 до 700 м2/кг приводит к ускорению твердения бетона на ВНВ с 3 % НН в 1,5 раза при температуре —15 °С, в 2 раза при —20 °С и в 2,5 раза при —25 °С (рис. 3).
Предварительное выдерживание в нормальных условиях перед замораживанием бетона на ВНВ с НН способствует повышению прочности. Увеличение времени предварительного выдерживания с 6 до 48 ч дает прирост прочности на 22 %. При последующем твердении в нормальных условиях после выдерживания на морозе при —15 °С наблюдается пик прочности для времени предварительного выдерживания, равного 12 ч (табл. 4).
Таким образом, использование бетона на ВНВ расширяет область и объем беспрогревного бетонирования в зимних условиях, позволяя вести бетонные работы при температуре до —10 °С без противоморозных добавок, а при более низких температурах — с добавками, количество которых можно снизить в 2... 3 раза.
Бетон и железобетон, 1991