Твердение бетона

Основные направления использования суперпластификаторов в бетоне. Возможны три пути использования суперпластификаторов в бетонах.
1. Для приготовления бетона с очень низким водоцементным отношением и высокопрочного. В этом случае с помощью добавок существенно, до 30%, снижают водоцементное отношение при сохранении такого же, что и без добавки, расхода цемента.
2. Для приготовления бетона с пониженным расходом цемента при неизменном (по сравнению с составами без добавок) водоцементном отношении. Это направление характерно для США; оно обеспечивает, за счет экономии цемента снижение энергозатрат на приготовление бетона.
3. Для приготовления литого бетона. Суперпластификаторы обеспечивают при этом получение саморастекающихся, самонивелирующихся бетонных смесей. В подобных случаях не предпринимают ничего для уменьшения В/Ц или расхода цемента. Как уже отмечалось, задача состоит в том, чтобы исключить расслоение смеси. Такие смеси удобны при укладке в густоармированные железобетонные конструкции.
Расслоение и водоотделение. Расслоением (сегрегацией) называется разделение компонентов смеси из-за различия их размеров и плотности. Водоотделение — частный случай сегрегации, при котором вода выделяется на поверхности бетонной смеси. Поскольку в принципе водоотделение уменьшается с понижением во-доцементного отношения, суперпластификаторы, если их используют для снижения В/Ц, не вызывают ни расслоения, ни водоотделения. Это подтверждено в опытах на бетонных смесях с цементом типа I, II и V. При получении литых бетонных смесей с помощью суперпластификаторов возможны оба указанных процесса, если не предприняты соответствующие меры. С целью предотвращения расслоения и водоотделения необходимо повысить содержание в смеси песка и цемента.
Содержание воздуха. Суперпластификаторы на основе нафталинсульфокислоты, а также лигносульфонатов вовлекают некоторое количество воздуха. В подвижных бетонных смесях суперпластификаторы способствуют удалению воздуха. В типичных смесях остается 1—3% воздуха. Повторное введение суперпластификатора инициирует удаление воздуха. При В/Ц = 0,42 в смеси с СНФ исходное содержание воздуха 4,9% снижается после первого, второго и третьего введения добавки соответственно до 3,8; 1,7 и 1,5%. В то же время в присутствии лигносульфоната содержание воздуха в смеси может существенно возрасти.
Суперпластификаторы способствуют также коалесценции пузырьков воздуха.
Сроки схватывания. В принципе суперпластификаторы замедляют сроки схватывания цемента. Количество добавки и ее состав определяют степень замедляющего действия. Сроки схватывания можно ускорить или замедлить, комбинируя суперпластификаторы с другими добавками.
Совместимость с другими добавками. Суперпластификаторы совмещаются с замедлителями, ускорителями схватывания и воздухововлекающими добавками. В некоторых случаях при этом наблюдается синергетический эффект. Следует, однако, для практического использования экспериментально подобрать соответствующие составы. При этом не всегда легко подобрать такую комбинацию суперпластификатора с воздухововлекающей добавкой, которая обеспечила бы соответствующее распределение пузырьков и расстояние между ними в бетоне. Установлена также совместимость составов, содержащих суперпластификаторы, с разными партиями золы-уноса.
Прочностные свойства. Прочность при сжатии литого бетона с суперпластификаторами к 28 сут равна или больше, чем контрольного бетона без добавки (по данным испытания образцов-цилиндров). Это справедливо для бетонов, не требующих уплотнения путем вибрации, что позволяет экономить время и средства. Однако, несмотря на отмеченное, часто необходимо применять вибрирование смеси при укладке, чтобы обеспечить ее хорошее сцепление с арматурой.
Суперпластификаторы позволяют снизить водопотребность до 30%. Соответственно значительно возрастают прочность при сжатии и растяжении, в том числе ранняя прочность, а также модуль упругости бетона, что особенно существенно для промышленности сборного железобетона, когда важно повысить оборачиваемость форм.
Усадка и ползучесть. Усадка бетона с суперпластификаторами такая же или меньше, чем бетона без добавки, хотя наблюдаются и исключения из этой закономерности. В целом усадка бетонных призм с суперпластификаторами заметно меньше усадки бетона. Значение усадки литого бетона сопоставимо с усадкой традиционного бетона.
Высокопрочный облегченный бетон. С помощью суперпластификаторов удается получить облегченный бетон прочностью через 1 и 3 сут., равной соответственно 30 и 40 МПа.
Влияние повторного введения суперпластификаторов. В связи с необходимостью сохранения в течение нескольких часов подвижности бетонной смеси проведены исследования, показавшие, что эту задачу удается решить путем повторного введения такого же количества суперпластификатора, какое вводили с водой затворения.
Прочность бетона возросла в той мере, в какой уменьшилось воздухововлечение. Подобная задача особенно актуальна для работ в районах с жарким климатом, когда снижение осадки конуса смеси может произойти во время ее транспортирования. Введение суперпластификаторов в бетоны с золой-уносом. Выполненные исследования отвечали на следующие основные вопросы: а) можно ли при введении суперпластификатора получить бетоны с высокой прочностью, заменяя значительную часть цемента золой-уносом; б) можно ли рассчитывать на повышение прочности такого бетона при уменьшении содержания воды на 20%. При этом снижение подвижности смеси должно быть компенсировано путем введения суперпластификатора.
Долговечность бетона. Известно, что для придания бетону высокой морозостойкости (стойкость к воздействию попеременного замораживания и оттаивания) в него вводят воздухововлекающие добавки, обеспечивающие определенное распределение пузырьков газовой фазы по размерам и «фактор расстояния» между ними, который не должен превышать 200 мкм. Исследования, показали, что в присутствии суперпластификаторов, особенно нафталин и меламинформальдегидного типов, значение фактора расстояния, как правило, оказывается превышенным. Несмотря на это, морозостойкость бетона с указанными добавками, определенная согласно стандарту по методу А (замораживание и оттаивание в воде) и В (замораживание на воздухе, оттаивание в воде), не ухудшилась. Имеется небольшое число противоположных результатов, оставшихся без объяснения. Представляется, что для бетона с суперпластификаторами фактор расстояния между пузырьками может и не играть той роли, которая ему отведена при введении воздухововлекающих добавок.
Коррозия арматуры. Введение в бетон суперпластификатора нафталинфор-мальдегидного типа не вызывает никаких опасений в отношении арматуры. Использованы железобетонные сваи внешним диаметром 300, толщиной 70 и длиной 2300 мм. Наряду с суперпластификатором изучали добавки лигносульфоната и хлорида кальция. Сваи изготовляли методом центрифугирования и прессования.
Для ускорения твердения бетона использовали паропрогрев. Готовые плиты погружали в воду на один год, а затем хранили в течение четырех лет в атмосферных условиях. После испытаний арматурные стержни извлекали и определяли площадь их коррозионного поражения.
Влияние суперпластификаторов на прочность сцепления бетона с арматурой. Введение суперпластификатора улучшает адгезию цементного камня к арматуре как в тяжелом, так и в легком бетоне. Например, в первом случае сцепление гладкой арматуры с бетоном возросло в присутствии суперпластификатора к 7 сут с 1,2 до 3,5 МПа, а периодического профиля — с 15 до 27,5 МПа. Аналогичные результаты получены и для легкого бетона.
Применение суперпластификаторов в предварительно напряженном и сборном железобетоне для архитектурных целей. Суперпластификаторы применяют во все возрастающих масштабах для следующих целей: а) получение бетона прочностью при сжатии около 40 МПа в возрасте от 8 до 18 ч; б) экономия топлива при использовании в сборном железобетоне; в) снижение расхода цемента; г) снижение расхода энергии для вибрации и уменьшения уровня шума.
Правила для омоноличивания смеси:
1. Для смесей заполнителей максимальных размеров следует использовать вибраторы, работающие по принципу передачи динамических усилий с ускорением менее 100 g (9800 мм/с2); они высокоэффективны для бетонных смесей и с малой, и с большой осадкой конуса.
2. Применение суперпластификатора, введенного в достаточном количестве, позволяет снизить содержание воды в смеси и повысить прочность.
3. При использовании литой бетонной смеси можно уменьшить требования к ее уплотнению.
Правила, обеспечивающие гомогенизацию окраски поверхности бетона:
1. Добавки вводят в оптимальной дозировке, обеспечивающей требуемые сроки схватывания цемента и прочность бетона.
2. Суперпластификаторы нафталинформальдегидного типа могут слегка изменить белый или другие светлые цвета бетона.
3. Снижение водоцементного отношения, достигнутое благодаря применению суперпластификаторов, по-видимому, не приводит к обесцвечиванию бетона или к появлению темных пятен.
4. При образовании большого числа раковин на поверхности бетона необходимо уменьшить содержание суперпластификатора.
Применение суперпластификаторов, снижающих водоцементное отношение и повышающих раннюю прочность бетона при сжатии, способствует компенсации усадочных деформаций и позволяет уменьшить расход расширяющих добавок.
Прокачиваемость. Бетонные смеси с суперпластификатором прокачивали в полевых условиях; в одной серии прокачивали 200 м3 обычной и легкобетонной смеси разных составов (с суперпластификаторами и без них) по горизонтальным трубам 125 мм на расстояние 109 м. Содержание добавки типа СНФ изменяли от 0,4 до 0,7% массы цемента. Сразу после введения суперпластификатора включали лопастную мешалку. Она в течение 1 мин перемешивала смесь, которую перекачивали затем при расходе 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м3/ч. Одновременно измеряли давление смеси для каждого из перечисленных условий. Определены также осадка конуса, содержание воздуха и другие свойства бетонной смеси и бетона всех составов. Эти испытания показали, что давление, требуемое для прокачивания обычной бетонной смеси с суперпластификатором, на 30%, а легкобетонной смеси на 10% меньше, чем для смеси без добавок.
Характеристика сталефибробетона. В исследовании [68] приведены характеристики сталефибробетона (из углеродистой стали); волокна (длина 55 мм, диаметр 0,5 мм) предварительно склеивали в пачки водорастворимым клеем. Расход арматуры варьировали от 32,62 до 50,41 кг на 1 м3.
Роль суперпластификаторов в бетоне с «белой сажей» — активным дисперсным кремнеземом. Высокодисперсный кремнезем, обладающий удобоукладываемостью бетонной смеси. Однако при этом следует несколько повысить дозировку суперпластификатора.
Применение суперпластификаторов в особовысокопрочных бетонах. Использование суперпластификаторов позволяет получить особопрочные бетоны.
Бетон на шлакопортландцементе. При замене до 65% портландцемента доменным шлаком для получения одинаковой подвижности смеси можно на 10% снизить расход суперпластификатора.
Ускоренные прочностные испытания бетона. Введение суперпластификаторов практически не влияет на отношение прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут к прочности, определенной по ускоренной методике.
Биологическое действие суперпластификаторов. Какие-либо медицинские ограничения в отношении применения суперпластификаторов отсутствуют, хотя формальдегид, используемый при получении наиболее эффективных суперпластификаторов, может быть опасен для здоровья, но он прочно связан в соответствующие соединения и не может вызвать никаких нежелательных явлений.