Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

А. М. ШЕЙНИН, канд. техн. наук, М. Я. ЯКОБСОН, инж. (СоюздорНИИ), Высокопрочные мелкозернистые бетоны с суперпластификатором С-3 для дорожного строительства

Более чем тридцатилетний опыт применения мелкозернистого бетона в дорожном и аэродромном строительстве показал эффективность этого материала. Реальным оказалось получение мелкозернистых бетонов прочностью на растяжение при изгибе 4,5...6 МПа с использованием добавок типа ЛСТ или ЛСТ + СНВ с расходом цемента 390...420 кг/м3, т. е. на 7...10 % увеличенным по сравнению с обычным бетоном (табл. 1).

Новый этап развития технологии дорожных мелкозернистых бетонов связан с использованием эффективных химических добавок-суперпластификаторов для снижения расхода цемента и более широким применением различных технологий строительства цементобетонных покрытий, включая технологию скользящих форм и укатываемого бетона. С учетом влияния добавок суперпластификатора на структуру и свойства обычного дорожного бетона [1, 2] можно полагать, что при использовании суперпластификатора в мелкозернистом бетоне могут возникнуть проблемы, связанные с особенностями его состава, структуры и свойств.

Как было установлено ранее [3], в зависимости от относительного содержания цементного камня выделяют два типа структуры мелкозернистого бетона. КI относятся плотные мелкозернистые бетоны с небольшим (2...4 %) объемом защемленного воздуха даже без применения воздухововлекающих добавок. Содержание цементного камня обеспечивает обмазку зерен песка и полное заполнение объема межзерновых пустот. Ко II типу относятся мелкозернистые бетоны, в которых содержание цементного камня обеспечивает обмазку зерен песка, но неполностью заполняет межзерновые пустоты. Объем защемленного воздуха даже при отсутствии воздухововлекающих добавок составляет более 2...4 % и в зависимости от зернового состава песка может достигать 8...10 %. Оптимальными являются пограничные структуры I типа. Снижение во- допотребности мелкозернистой бетонной смеси и соответствующего содержания цемента при данном В/Ц с введением суперпластификатора может привести к такому уменьшению объема цементного камня, при котором может сформироваться структура мелкозернистого бетона II типа. С другой стороны, изменение вязкости цементного теста при введении суперпластификатора влияет на условия формирования защемленного и вовлеченного воздуха. И хотя в структуре мелкозернистого бетона всегда имеется тот или иной объем условно-замкнутых воздушных пор, их роль для морозостойкости с введением воздухововлекающих добавок с суперпластификатором и без них практически не изучена.

В исследованиях СоюздорНИИ в качестве суперпластификатора применяли широко известную добавку С-3 Новомосковского завода органического синтеза. Для получения мелкозернистого бетона использовали природный песок Вяземского карьера с М —2,4, дорожный портландцемент марки М500 Себряковского цементного завода, а также обычно применяемые в дорожном бетоне добавки ЛСТ и СНВ.

Жесткость изучаемых бетонных смесей в зависимости от водосодержания и типа добавок изменялась от 4...6 по 40-.60 с (рис. 1). Такой диапазон смесей позволял охватить все известные технологии бетонирования цементобетонных покрытий и оснований: в скользящей опалубке (5...15 с), в рельс-формах (20...30 с) и методом укатки (40-60 с).

Установлено, что водопотребность мелкозернистых бетонных смесей с суперпластификатором на 13—15 % ниже по сравнению со смесями с одиночной добавкой ЛСТ. Общий объем воздушной фазы в бетонной смеси колебался в пределах 7.-14 %, несколько повышаясь с уменьшением жесткости смеси. Введение воздухововлекающей добавки СНВ в комплексе с С-3 практически не повлияло на водопотребность смеси, хотя на 1...3 % повысило объем воздушной фазы.

В зависимости от расхода цемента и типа добавок были получены высокопрочные мелкозернистые бетоны прочностью на растяжение при изгибе 5...12 МПа (рис. 2). При этом возможная экономия цемента при введении С-3 по сравнению с ЛСТ зависит от жесткости смеси и составляет 18...20 % для смесей жесткостью 5... 15 с и 40...60 с. Использование воздухововлекающей добавки СНВ несколько уменьшает экономию цемента из-за увеличения объема воздушной пористости и соответствующего - влияния на прочность бетона. С этой точки зрения наиболее эффективен суперпластификатор С-3 в смесях жесткостью 5...15 с.

Прочность при сжатии полученных мелкозернистых бетонов в зависимости от расхода цемента изменялась от 35 до 75 МПа. При этом соотношение практически не зависит от типа добавки и составляет приблизительно 4,5...6,5, что свидетельствует о высокой выносливости и трещиностой кости полученных бетонов.

В дорожных бетонах прочностью 4,5...5 МПа, наиболее широко применяемых в строительстве дорожных и аэродромных покрытий, определить экономию цемента экспериментальным путем затруднительно, так как полученные мелкозернистые бетоны с добавкой С-3 даже при расходе цемента 330...350 кг/м3 (В/Ц = 0,45...0,5) имели прочность на растяжение при изгибе не менее 5,5...6 МПа.

Износостойкость мелкозернистых бетонов с В/Ц 0,45 оказалась высокой. Истираемость составила 0,32...0,5 г/см2, что не превышает требований по истираемости, предъявляемых к бетону, подверженному действию абразивного износа (не более 0,6...1,1 г/см2 по ГОСТ 17608 и не более 0,7 г/см2 по ГОСТ 13015.0).

Снижая водопотребность мелкозернистой бетонной смеси и объем цементного камня, С-3 влияет и на характер поровой структуры мелкозернистого бетона (рис. 3). По сравнению с добавкой JICT введение С-3 в равноподвижных бетонных смесях приводит к повышению плотности структуры бетона как за счет уменьшения объема открытых, доступных для водонасыщения пор, так и за счет снижения объема условно-замкнутых пор. Если первый эффект связан с уменьшением относительного объема цементного камня в бетонах с добавкой С-3 при данном В/Ц, то второй обусловливается специфическим структурообразующим действием С-3. Наиболее ощутимо объем условно-замкнутых пор снижается в бетонах на основе маловязких смесей с В/Ц =0,3 и жесткостью около 5 с. В то же время в мелкозернистых бетонах на основе смесей жесткостью 40...60 с объем условно-замкнутых пор практически не зависит от типа пластифицирующей добавки.

Показатель средней крупности открытых пор в мелкозернистых бетонах колеблется в пределах 0,3...0,9, что также свидетельствует о формировании плотной мелкопористой структуры цементного камня и бетона в целом.

Применение в комплексе с С-3 воздухововлекающей добавки СНВ позволяет направленно модифицировать поровую структуру мелкозернистого бетона: несколько уменьшить объем открытых пор и увеличить объем условно-замкнутых. Наиболее существенно этот эффект проявляется в бетонах на маловязких смесях жесткостью около 5 и 10...15 с. В мелкозернистых бетонах с комплексной добавкой С-3 + СНВ по сравнению с одиночной С-3 формируется плотная структура с повышенным устойчивым объемом условно-замкнутых пор, не заполняемых водой как при атмосферном давлении, так и при кипячении бетона в воде. На морозостойкость мелкозернистого бетона влияют те же факторы, что для обычного бетона, однако влияние состава — расхода цемента и объема цементного камня в нем проявляется более существенно, так как в обычном бетоне. одним из его регулирующих факторов может служить расход крупного заполнителя.

Важнейшей проблемой является обеспечение высокой гарантированной морозостойкости мелкозернистого бетона I или II типов без воздухововлекающих добавок, структура условно-замкнутых пор в котором создается только за счет воздушной фазы, образованной в межзерновом пространстве при введении одиночной добавки ЛСТ или С-3.

Как показали результаты испытаний (табл. 2), мелкозернистые бетоны с добавкой ЛСТ независимо от В/Ц характеризуются абсолютно высокой морозостойкостью и более высокой, чем с добавкой С-3, особенно при испытании по III методу ГОСТ 10060. Хотя мелкозернистые бетоны с одиночной добавкой С-3 при испытании по II и • III методам имеют достаточно высокую морозостойкость при В/Ц = 0,3, т. е. когда объем цементного камня достаточен для формирования структуры I типа. При формировании структуры II типа в мелкозернистом бетоне с добавкой С-.З при В/Ц = 0,45 высокая морозостойкость не обеспечивается при испытании по II и III методам.

Применение комплексной добавки С-3 + СНВ повышает морозостойкость мелкозернистого бетона по сравнению с одиночной добавкой С-3. Морозостойкость мелкозернистого бетона с С-3 + СНВ при В/Ц = 0,3 соответствует морозостойкости бетона с ЛСТ при испытании по II и III методам. При В/Ц = 0,45 морозостойкость такого бетона с комплексной добавкой не достигает морозостойкости бетона с добавкой ЛСТ, хотя по абсолютному значению Ч:а достаточно высока. Мелкозернистые бетоны с добавкой С-3 + СНВ при В/Ц = 0,45 по морозостойкости эквивалентны бетону с одиночной добавкой С-3 при В/Ц = 0,3. Полученные результаты объясняются модифицирующим влиянием СНВ на условно-замкнутую пористость бетона, выражающимся в облагораживании защемленной воздушной фазы особенно в структуре II типа.

Выводы

Эффективность применения суперпластификатора С-3 вместо JICT в дорожном мелкозернистом бетоне обусловлена минимально допустимым содержанием цементного камня при данном В/Ц, ниже которого формируется структура II типа. Применение мелкозернистых бетонов с одиночной добавкой С-3 при В/Ц = 0,45 должно быть ограничено природно-климатическими условиями, когда к бетонам не предъявляются требования высокой гарантированной морозостойкости. Мелкозернистые бетоны с одиночной добавкой С-3 при В/Ц = 0,3 и менее, а также с комплексной добавкой С-3 + СНВ при В/Ц < 0,45 имеют необходимую нормативную морозостойкость, которая обеспечивает применение этих бетонов в обычных условиях. И, наконец, высокопрочные мелкозернистые бетоны с комплексной добавкой С-3 + СНВ при В/Ц = 0,3 имеют более высокую, чем нормативная, морозостойкость, позволяющую применять их для дорожных и аэродромных покрытий и других конструкций и сооружений в суровых природно-климатических условиях эксплуатации.