К. И. ЛЬВОВИЧ, канд. техн. наук (МНИПТИ Стройиндустрия), Повышение прочности песчаных бетонов введением воздухововлекающей добавки

Расширение области применения песчаных бетонов В7...В15, изготовляемых из жестких и особо жестких смесей, делает рациональным использование составов, в которых цементного теста не хватает для заполнения с избытком межзернового пространства песка.

Целесообразность использования тощих цементно-песчаных смесей определяется низкими расходами цемента. Тощие песчаные структуры обладают рядом особенностей, связанных со снижением их однородности. Как известно, для достижения постоянной вероятности появления прочности, равной нормативным сопротивлениям, т. е. их постоянной обеспеченности, необходимо при увеличении коэффициента вариации назначать более высокую среднюю прочность бетона. Поскольку для большинства конструкций прочность бетона является определяющим фактором несущей способности, то компенсацией снижения однородности является увеличение прочности, т. е., как правило, повышение расхода цемента. Положение усугубляется тем, что контроль прочности обычно проводится с использованием образцов-кубов, неоднородность которых больше, чем в массиве.

Косвенным подтверждением повышения неоднородности являются нетрадиционная форма разрушения образцов-кубов из тощих песчаных бетонов и более высокий коэффициент вариации при их испытании, причем тем больший, чем меньше размер образца. Это объясняется, в первую очередь, структурной пористостью, т. е. наличием незаполненных цементным тестом промежутков между частицами заполнителя, неравномерно распределенных в объеме образца. При стихийном распределении пор возможна их концентрация в зоне главных растягивающих напряжений, т. е. снижение разрушающего усилия при испытании.

Для повышения однородности материала предлагается использовать воздухововлекающую добавку, введение которой позволяет перевести беспорядочно расположенные макропоры, вызванные нехваткой цементного теста, в поры воздухововлечения, расположенные равномерно по объему изделия.

Для проверки этой гипотезы проводили микроскопические исследования низкомарочных песчаных бетонов на свежих сколах образцов месячного возраста. Определяли микроструктуру бетона, морфологию, характер распределения пор и цементного камня, а также его взаимосвязь с заполнителем.

Установлено, что введение оптимального количества воздухововлекающей добавки в тощие цементно-песчаные смеси не увеличивает объем вовлеченного воздуха, а лишь изменяет характер и структуру порового пространства.

Установлено, что в бетонах без добавки преобладают округлые крупные поры, заполнитель лишь частично оконтурен цементным камнем. В бетонах с добавкой основную массу составляют мелкие поры неправильной конфигурации; поры округлой формы представлены, главным образом, мелкими фракциями и играют подчиненную роль. Цементный камень оконтуривает зерна кварца и образует стенки пор. Толщина пленок цементного камня не более 20 мкм.


Таким образом, введение воздухововлекающей добавки приводит к изменению поровой структуры, повышению однородности бетона и, как следствие, его прочности.

Были изготовлены две серии образцов из песчаного бетона двух составов. В состав I включали 280 кг цемента, 1660 кг песка и 210 л воды на 1 м3 смеси; в состав II — соответственно 290, 1700 и 190. Цементно-песчаные смеси выполнены на песках подмосковных карьеров: Тучковского (серия 1) и Вяземского Мк = 2,4 (серия 2) с использованием добавки СДО.

Состав I класса В7,5 предназначен для изготовления блоков стен подвалов на виброплощадках, состав II класса В12,5 — для вибропрессованных блоков. В табл. 2 приведены данные испытаний образцов с разным объемом воздухововлечения. На рис. 1 данные табл. 2 представлены в графической форме. Из полученных результатов видно, что с увеличением объема вовлеченного воздуха коэффициент уплотнения сначала постоянен, после перестройки структуры поры нехватки переходят в поры воздухововлечения и коэффициент уплотнения уменьшается, за определенным пределом появляется избыточное воздухововлечение.

С увеличением объема вовлеченного воздуха прочность растет, достигает максимума и падает. Экстремальный характер этой зависимости соответствует указанным выше стадиям воздухо- вовлечения. Рост прочности в исследуемых составах с введением добавки может достигать 30 %.

Более значимые результаты получены для тощих цементнопесчаных смесей при использовании вместо бетоносмесителя принудительного перемешивания смесителя-активатора.

Как известно, активация бетонных смесей происходит, главным образом, за счет модификации поверхностей составляющих смеси и увеличения уровня ее гомогенизации. В цементно-песчаных смесях, содержащих достаточное количество цементного теста, коэффициент активации обычно не превышает 1,3*. В тощих цементно-песчаных смесях однородность приобретает решающее значение и интенсификация перемешивания позволяет получить более высокие приросты прочности.

Расход цемента в составах был равен 280 кг/м3. Исследовали смеси с различной удобоук- ладываемостью и расходом воздухововлекающей добавки.

В табл. 3 приведены результаты экспериментов, оценивающих коэффициент активации. Установлено, что совместное использование смесителя-активатора и воздухововлекающей добавки позволяет получить прирост прочности в 3...4 раза.

Проведенные исследования были положены в основу способа подбора состава тощих песчаных бетонов, в том числе и с воздухововлекающими добавками.

Предлагается принять следующий порядок проектирования состава:

1. По табл. 4 назначаются ориентировочный расход воды (в л/м3) и условный коэффициент избытка цементного теста в зависимости от принятой технологии изготовления песчаного бетона, способа уплотнения смеси и крупности песка.

2. Экспериментально либо по рис. 2 определяется пустотность используемого песка Р.

3. По формуле (1) определяется расход цементного теста при К = 0,91


5. Проводится пробное затворение для проверки совпадения принятого и полученного К .

При их несовпадении в смесь добавляется (исключается) количество цементного теста, рассчитанное по формуле


Проводятся новые серии за- творения образцов из смесей с найденным количеством воды и разными расходами цемента. Для каждого образца определяется К . После твердения образцов проводятся их испытания на прочность, по результатам которых строится график зависимости прочности бетона от расхода цемента. По нему выбирается значение прочности, меньше требуемой на 15 и 30 %.

7. Для указанных трех составов строится зависимость К от количества воздухововлекающей добавки (см. рис. 1).

8. По данным испытаний образцов, составы которых соответствуют точке перегиба кривой, определяется состав, содержащий оптимальное количество воздухововлекающей добавки.

Таким образом, введение воздухововлекающей добавки в тощие цементно-песчаные смеси позволяет повысить прочность песчаных бетонов низких классов, не увеличивая расхода цемента. Использование для перемешивания тощих смесей с воздухововлекающей добавкой смесителя-активатора дает дополнительный эффект повышения прочности, значительно превышающий суммарный эффект каждого фактора в отдельности. Разработан метод проектирования состава тощих песчаных бетонов, позволяющий определить оптимальное количество вводимой добавки в зависимости от вида песка и цемента, жесткости смеси и других факторов, определяющих класс бетона.

Бетон и железобетон, 1993