Бетонная смесь
Удобообрабатываемость измеряют по расплыву конуса (в том числе модифицированному) и фактору компактности. Эти методы неудовлетворительны при использовании литых бетонных смесей.
Химическая природа добавок отражается на их эффективности через изменение величины осадки конуса. Например, для получения смеси с осадкой конуса 260 мм (против 50 мм в смеси без добавок) следует ввести 0,6% СМФ и только 0,4% СНФ. В целом можно констатировать, что суперпластификаторы вводят в больших дозах, чем принято при использовании обычных водопонижающих добавок.
Дозировка суперпластификаторов, требуемая для получения заданной осадки конуса, зависит от исходной осадки: чем она ниже, тем больше следует ввести добавки, однако при больших дозировках эта разница уменьшается. Таким образом, суперпластификаторы позволяют в широком диапазоне изменять удобообрабатываемость бетонной смеси, оставляя почти неизменным исходное значение водоцементного отношения.
Время введения суперпластификаторов также влияет на значение осадки конуса. Хотя они эффективны и при введении с водой затворения, лучшие результаты получают при добавлении суперпластификаторов через несколько минут после смешения цемента с водой. Механизм, ответственный за этот результат, был обсужден выше. Однако введение добавок в период от 5 до 50 мин после затворения цемента водой приводит к уменьшению осадки конуса.
Различия в действии суперпластификаторов проявляются при использовании цементов разных типов. Например, при добавлении 1,5% СМФ к бетонным смесям на цементах типа I, II и V с исходной осадкой конуса 76 мм она возрастает до 222, 216 и 229 мм соответственно. Важно поэтому проводить предварительные испытания, особенно если предполагается применять цемент нового типа.
Величина осадки конуса зависит также от содержания цемента в смеси. Так, при использовании СМФ осадка конуса при расходе цемента 237, 326 и 415 кг на 1 м3 составляла соответственно 203, 222 и 254 мм. Следует отметить, что и в отсутствие добавок осадка конуса росла с увеличением содержания цемента в смеси. В интервале температур от 5 до 30 °С не наблюдалось заметного изменения эффективности суперпластификаторов. Водопонижающее действие. Так как суперпластификаторы позволяют снизить водопотребность смеси на 15— 30% без изменения ее удобообрабатываемости по сравнению с эталоном, то в результате бетон характеризуется высокими прочностью и непроницаемостью.
Водопонижающее действие суперпластификаторов зависит от их дозировки и исходной осадки конуса. Очевидно, нет необходимости снижать водопотребность сверх той, которую обеспечивает введение добавки. Хотя суперпластификаторы способствуют снижению водопотребности цемента всех типов, степень этого снижения неодинакова. Прежде всего оптимальное содержание добавки меламинформальдегидного типа больше, чем нафталинформальдегидного типа.
Приготовление бетонной смеси. Для бетонной смеси с осадкой конуса от 20 до 180 мм используют нормальную смесь. Существенно, что с целью повышения величины осадки конуса в ней увеличивают объем песка. Ассоциация цемента и бетона Великобритании рекомендует следующие два принципа для приготовления смеси.
1. Для получения по традиционной технологии смеси литой консистенции из смеси с исходной осадкой конуса 75 мм (без пористых заполнителей) необходимо добавить кроме суперпластификатора 4—5% песка.
2. Если максимальный размер зерен заполнителей 38 мм, то суммарное количество цемента и пылеватых (мелких) фракций песка размером менее 300 мкм должно быть не ниже 400 кг на 1 м3. Если максимальный размер частиц заполнителя 20 мм, то требуется 450 кг на 1 м3 смеси цемент + пылеватые фракции песка. При содержании цемента 270 кг на 1 м3 и более в бетонную смесь вводят 24—30% песка фракции 0—18 мм, менее 270 кг на 1 м3 — 35% песка, проходящего через сито 1,18 мм. Если не обеспечить оптимального содержания песка, то может произойти расслоение и отделение смеси.
Потеря подвижности. Быстрое уменьшение удобообрабатываемости смеси через 30—60 мин после затворения суть потеря подвижности, которая зависит от начального значения осадки конуса, типа и количества введенного суперпластификатора, вида и содержания цемента, времени введения добавки, влажности, температуры, принятой технологии приготовления смеси и наличия других добавок. Например, при введении 0,6% СМФ, СНФ и МЛС потеря подвижности смеси была наибольшей при использовании СМФ.
Химико-минералогический состав цемента также влияет на темп снижения подвижности смеси, но механизм этого процесса в зависимости от состава цемента изучен недостаточно. Известно, что в этот период С3А реагирует с гипсом, поэтому возможно, что к важным факторам, во многом определяющим потерю подвижности смеси, следует отнести как условия протекания реакции, так и характер образующихся кристаллических продуктов. Введение суперпластификаторов усиливает протекание этой реакции. Реакция между С3А и гипсом ускоряется также с ростом содержания щелочей в цементе. На потерю подвижности смеси большее влияние оказывает коагуляция частиц, чем образование химических связей между ними.
Предпринято много попыток стабилизировать подвижность бетонной смеси в присутствии суперпластификаторов. Этого можно достичь, вводя большие, чем обычно, дозы добавок. Другой прием — введение суперпластификаторов, в том числе повторное, через разные промежутки времени после затворения цемента водой.
Повторное введение суперпластификаторов приводит к увеличению их адсорбции и t-потенциала, а также к уменьшению вязкости. Потеря подвижности затормаживается также при введении в состав суперпластификатора замедлителя схватывания цемента.