Потеря подвижности бетонной смеси во времени

Поскольку большинство водо — понижающих добавок высту­пают одновременно как за­медлители схватывания и твер­дения цемента, они удлиняют время, в течение которого воз­можно осуществлять вибриро­вание бетонной смеси. Поэтому можно было ожидать от подоб­ных добавок существенного уменьшения потери осадки ко­нуса во времени, что часто подтверждается эксперимен­тально. Однако многочислен­ные лабораторные и натурные испытания показали, что не­редко кинетика изменения под­вижности бетонной смеси в при­сутствии добавок водопонизи­телей-замедлителей не изменя­ется [22, 46, 138]. Существует несколько причин подобных расхождений в результатах опытов. Необходимо прежде всего отличать случаи, когда действие добавок в смеси срав­нивают при постоянном водо — цементном отношении, от слу­чаев сопоставления между со­бой бетонных смесей с добав­ками при одинаковой величине осадки конуса.

В работе [105] проанализи­рован первый случай. Дозиров­ка лигносульфоната состав­ляла 0,15%, глюконата нат­рия — 0,05—0,1 % массы це­мента. Хотя в присутствии этих добавок была достиг­нута большая степень потери подвижности бетонной смеси, само значение осадки конуса даже через 2 ч после затво­рения была существенно выше, чем это значение для конт­рольной смеси (без добавок). В лабораторных опытах для второго случая [117] обнару­жено, что водопонизители уве­личивают степень потери под­вижности смеси, но в значи­тельно меньшей мере, чем су­перпластификаторы на основе меламина. Однако при исполь­зовании высокощелочного це­мента типа II введение добавок, полученных из попутных про­дуктов переработки сахара, приводит к существенно боль­шей степени снижения под­вижности смеси, чем при вве­дении суперпластификатора, тс)гда как добавки на основе лигносульфоната или полигид — роксикарбоновой кислоты не изменяют сколько-нибудь за­метно осадку конуса контроль­ной бетонной смеси. Этот же цемент при введении в него сульфата кальция (1 % в пе­ресчете на SO3) иначе реаги­рует на содержащую сахар до­бавку: теперь эта последняя существенно тормозит сниже­ние осадки конуса во времени, особенно если в цемент введена смесь из 50 % двугидрата и 50 % полугидрата сульфата кальция.

В работах [139, 140] опи­саны результаты опытов по введению добавок (водопони­зителей и водопонизителей — замедлителей схватывания) в высокощелочной и (или) низко­сульфатный цемент, а в работе [141] —в безусадочный цемент К-типа.

В последнем случае «нор­мальная» добавка-водопонизи­тель отрицательно влияет на изменение во времени осадки конуса, тогда как добавка на основе лигносульфоната, об­ладающая замедляюще пласти­фицирующим действием, умень­шает потери подвижности бе­тонной смеси.

При изучении эффекта от введения водопонизителей и во­допонизителей-замедлителей на снижение осадки конуса смеси после двухчасового перемеши­вания установлено, что хотя в присутствии этих добавок на­блюдается несколько большая потеря подвижности, чем в контрольных смесях, их приме­нение позволяет значительно снизить общее количество во­ды после повторного перемеши­вания смеси. Это, по-видимому, связано с тем, что добавки делают бетонную смесь более чувствительной к содержанию воды, если ее оценивать через осадку конуса (см. рис. 3.32). Хотя, как видно, потеря осадки конуса смеси зависит от ряда факторов, влияние добавок на эту характеристику может быть связано либо с недостаточным содержанием сульфата или вы­соким содержанием щелочи, а это ускоряет образование эт­трингита, либо, наоборот, с из­быточным количеством гипса, что приводит к сохранению его концентрации в жидкой фазе (поскольку содержание гипса неэквивалентно содержанию СзА). Детали механизма этих процессов, приводящих также к ложному схватыванию или со­кращению сроков до начала схватывания, обсуждены в разд. 3.3.1.10 и 3.3.1.12.

Независимо от химической стороны механизма действия добавок, влияющих на силь­ное снижение величины осадки конуса, задачу потери подвиж­ности бетонной смеси удается решить, изменяя технологию подачи добавки: вводя ее с частью воды затворения через несколько минут после переме­шивания или добавляя ее с дополнительной частью воды после потери подвижности сме­си [139, 144]. Кроме того, проблему можно решить други­ми методами, включающими изменение количества сульфа­та, вводимого в цемент на за­воде-изготовителе [95, 117], изменение составляющих це­мента, типа и (или) дозировки добавки либо снижение тем­пературы бетонной смеси [140]. Примеры добавок (водопонизи­телей-замедлителей), уменьша­ющих или полностью исключа­ющих подобное явление, опи­саны в работах [50, 97, 135, 145] и относятся, главным об­разом, к случаям ложного схватывания цемента, ликви­дируемого с помощью этих добавок (см. разд. 3.3.1.10 и 3.3.1.12).

3.4.5. Водоотделение и рас­слоение смеси. Добавки — во­допонизители и замедлители могут влиять на степень и объем водоотделения и расслоения свежей бетонной смеси за счет действия сил тяжести. Из рис. 3.33 видно, что при посто­янной осадке конуса бетонной смеси (100 мм) добавки лиг­носульфоната и частично глю­козы уменьшают водоотделе­ние, а глюконат натрия, напро-

Тив, повышает его даже при снижении содержания воды за­творения (см. табл. 3.14).

Потеря подвижности бетонной смеси во времени

Рис. 3.33. Влияние 0,1 % добавок — водопоиизителей иа водоотделение бе­тонной смеси при постоянной осадке конуса (характеристики смесей даиы в табл. 3.14) [133|

/ — эталон; 2 — глюкоза; 3 — глюконат натрия; 4 — лигносульфонат

Потеря подвижности бетонной смеси во времени

Рис. 3.34. Влияние 0,1 % добавок — водопоиизителей иа водоотделение бе­тонной смеси при постоянном В/Ц (характеристики смесей даиы в табл. 3.15) J133J

/—4 — то же, что на рис. 3.33

На рис. 3.34 представлены данные о влиянии водопонизи­телей на водоотделение при В/Ц = 0,68 (постоянном). Как видно, глюконат натрия уве­личивает водоотделение, а лиг — носульфонат не изменяет его. Результаты опытов свидетель­ствуют о том, что необходимо принимать во внимание и каче­ственные показатели добавок. Так, технические водопонизите­ли на основе лигносульфонатов [130, 146] и глюкозы [120] уменьшают водоотделение при постоянном значении осадки ко­нуса, воздухововлекающие до­бавки обеспечивают еще более сильное снижение водоотделе^ ния, даже в том случае, если бетонная смесь приведена к то­му же содержанию газовой фа­зы, что и эталон (смесь без добавки), тогда как техниче­ские добавки на основе гид — роксикарбоновых кислот и их солей, наоборот, повышают водоотделение в свежей бетон­ной смеси [130, 145]. Анион — активные водопонизители при постоянном В/Ц уменьшают водоотделение бетонной и раст­ворной смесей сильнее, чем воздухововлекающие добавки [147]. Однако, по данным [13], еще недостаточно ясно, можно ли распространить этот вывод и на анионактивные гид — роксилсодержащие вещества. Согласно [148], в присутствии 0,1 % лигносульфоната каль­ция при постоянном В/Ц воз­растает возможность расслое­ния цементного теста вслед-

Ствие увеличенной подвижности частиц цемента. При увеличе­нии содержания этой добавки до 0,25 % в еще большей степени возрастает подвиж­ность частиц цемента и, как следствие, активизируются про­цессы водоотделения и рас­слоения.

3.4.6. Воздухововлечение. Некоторые технические водопо­низители или замедлители в нормальной дозировке вовле­кают 2—3 % воздуха. Боль­шего воздухововлечения (до 7—8 %) можно добиться при повышении содержания доба­вок сверх рекомендованного, особенно при пониженной тем­пературе [96]. Подобный ре­зультат возможен либо при использовании, например, нера­финированного лигносульфона­та, либо путем введения в ос­новную добавку определенно­го количества воздухововлека­ющего компонента.

Вовлечение 2—3 % воздуха может происходить отчасти вследствие понижения водосо — держания или увеличения под­вижности бетонной смеси, при­чем выигрыш из-за вовлечения воздуха обычно превосходит проигрыш в прочности бетона. Нередко часть этого воздуха к тому же удаляется при виб­рировании бетонной смеси. Ес­ли же объем воздушной фазы выше требуемого, то следует применять очищенные реаген­ты или же добавки-пеногасите — ли. Если воздухововлечение не­обходимо для повышения моро­зостойкости бетона, а водопо- нижающая добавка не обес­печивает требуемого количе­ства воздуха, то нужно ввести воздухововлекающую добавку. В общем случае, если водопо­низители вводят с целью полу­чения постоянной удобообраба — тываемости смеси при неболь­шой осадке конуса (20—50 мм), то в присутствии воздухово — влекающих добавок объем воз­духа возрастает незначитель­но. В противоположность это­му введение таких же добавок в бетонную смесь с осадкой конуса 70—150 мм приводит к существенному увеличению объема вовлеченного воздуха.

В бетонные смеси, содер­жащие некоторое количество воздуха за счет применения водопонизителей или замедли­телей, можно вводить меньше воздухововлекающих добавок для получения заданного объ­ема воздушной фазы. Конкрет­ные дозировки определяют на реальных смесях и материалах [96].

3.4.7. Внешний вид. Бетон­ная смесь с водопонизителями при одинаковой с контрольной смесью осадке конуса отлича­ется от нее по внешнему виду: она более монолитна, имеет меньшее водоотделение, лучшее сцепление с заполнителем [135]. В результате удается работать с более тощими бе­тонными смесями [134], т. е. снизить расход цемента.

3.4.8. Прокачиваемость. Для улучшения прокачиваемости то­щих бетонных смесей рекомен­дуют специальные добавки, которые здесь не описаны, по­скольку их нельзя отнести ни к водопонизителям, ни к замед­лителям. Однако в жирных бе­тонных смесях и в бетонных смесях с нормальным расходом цемента водопонизители по­лезны, так как они повышают прокачиваемость смесей при одинаковом с контрольными смесями водоцементном отно­шении. При этом следует повы­сить содержание песка для снижения водоотделения.

С другой стороны, водопо — нижающие добавки полезны и для смесей с уменьшенным со­держанием цемента и воды при одинаковой с контрольными смесями осадке конуса. Так, согласно [22], в присутствии лигносульфоната удается на 30 % снизить расход энергии при осадке конуса, равной, как и у бетонной смеси без доба­вок, около 100 мм. Улучшению прокачиваемости и подвижно­сти бетонной смеси способству­ет также вовлечение 3—5 % воздуха. Однако в случае пере­качки по длинным трубопро­водам возможно выжимание воздуха.

3.4.9. Однородность. Бетон­ная смесь при постоянном во­доцементном отношении долж­на быть однородной. Темпера­тура — один из важнейших факторов, приводящих к из­менению водоцементного от­ношения. При росте темпера­туры требуется вводить в бе­тонную смесь больше воды для сохранения одинакового рас- плыва конуса. Это может быть компенсировано введением боль­ших доз добавок-водопонизите­лей, которые, как следствие, стабилизируют водоцементное отношение и усадку конуса. Отмечено [149], что для под­держания на постоянном уров­не осадки конуса, в бетонную смесь при изменении темпера­туры с 4,4 до 37,7 °С нужно до­бавить 21 кг воды на 1 м3 смеси, тогда как при прочих равных условиях в присутствии водопонижающей и замедляю­щей схватывание добавки — всего 8 кг.

Изменение влажности за­полнителей может вызвать бо­лее сильные колебания осадки конуса бетонной смеси с во­допонизителем, чем в отсут­ствие добавки, поскольку ука­занные добавки делают бетон­ную смесь более чувствитель­ной к изменению удобообраба — тываемости в зависимости от водосодержания (см. рис. 3.32). Поэтому влажность заполните­лей следует учитывать /Для поддержания на постоянном уровне водоцементного йтно — шения и удобообрабатываемо — сти бетонной смеси, в част­ности, при использовании ана­лизируемых добавок [135].

3.4.10. Отделочные опера­ции. В присутствии замедлите­лей и (или) водопонизителей бетонная смесь может оставать­ся достаточно подвижной в течение нескольких часов пос­ле укладки. В работе [22] ука­зано на существенное улучше­ние отделочных операций при укладке бетонной смеси благо­даря применению добавки лиг­носульфоната.

Использование добавок — замедлителей, водопонизителей и замедлителей-водопонизите­лей удлиняет период между операциями разравнивания и поверхностной обработки при изготовлении бетонных плит, что особенно полезно при от­делке плит больших размеров. Эти характеристики особенно важны в жаркую погоду, по­скольку добавка может удли­нить сроки схватывания це­мента (см. разд. 3.4.11). Одна­ко при этом с поверхности ис­паряется вода, а указанные добавки не препятствуют фор­мированию корки.

В этих условиях требуется более тщательный уход за бе­тонной смесью и бетоном в те­чение длительного срока, чтобы обеспечить хорошее состояние поверхности плит. С другой стороны, вследствие замедляю­щего действия добавки легче разрушить возникающую кор­ку с помощью механических средств [22].

Еще к одному недостатку добавок-водопонизителей на стадии отделочных операций относится использование их только в целях экономии це­мента в тощих бетонных сме­сях. В результате ухудшается обрабатываемость поверхности бетона. Этот недостаток уда­ется устранить, применяя нане­сение на поверхность незатвер — девшей смеси порошка, состоя­щего из цемента, водопонизи­теля и высокодисперсного песка.

3.4.11. Сроки схватывания. Время до начала и конца схва­тывания цемента обычно удли­няют добавки-замедлители и за­медлители-водопонизители (см. разд. 3.3.1.10 и 3.3.1.12). Од­нако в некоторых случаях наблюдается сокращение вре­мени до начала схватывания; этот эффект удается предот­вратить более поздним введе­нием добавки. В табл. 3.2 и 3.10—3.12 приведены данные о влиянии технических замед­лителей и замедлителей-водопо­низителей на сроки схватыва­ния различных цементов. Они свидетельствуют о том, что эффективность добавок в от­ношении различных цементов можно определить только экс­периментально. В целом их за­медляющее действие на пуццо — лановые и шлакопортландце — менты выражено сильнее, чем на портландцементы (см. табл. 3.12).

Из данных табл. 3.11 сле­дует, что результаты опреде­ления сроков схватывания це­мента в пастах в присутствии замедлителей и замедлителей- водопонизителей нельзя пере­носить на бетонные смеси из — за существенных различий меж­ду ними. Как правило, цемент­ное тесто характеризуется боль­шими сроками схватывания (определено с помощью иглы Вика), чем бетонная смесь (определено по методу Прок­тора). По данным [150], опти­мальная доза добавки для за­медления процессов загустева — ния бетонной смеси составляет примерно половину той, кото­рая требуется для цементного теста.

На сроки схватывания вли­яет множество факторов, из которых наиболее важным сле­дует признать количество воды затворения [151].

При сравнении между собой метода пенетрации по Прок­тору с методом выдергивания стержня преимущество сле­дует отдать первому как более удобному и обеспечивающему воспроизводимость результатов [152].

Увеличивая содержание до­бавок, удается удлинить пе­риод, в течение которого мож­но вибрировать бетонную смесь (рис. 3.35). Однако при по­вышении начальной темпера­туры смеси увеличение ко­личества добавки обеспечивает лишь сохранение этого перио­да, соответствующего периоду вибрирования контрольной сме­си без добавки (рис. 3.36).

При постоянной дозировке добавки изменение времени (ч) до начала и конца схваты­вания цемента зависит от температуры. Однако этот же показатель, но выраженный в процентах к эталону (без добавки), мало чувствителен к изменению температуры [130].

В работе [150] отмечено, что требования стандарта ASTM С-494 (см. разд. 3.6.2) для до­бавок нельзя непосредственно перенести на бетонную поверх­ность, если ее температура выше нормальной (23,9 °С). Ав­торы увеличивали дозировку технических и полученных в лабораторных условиях доба­вок-замедлителей и водопони­зителей при 32,2 °С с тем, что­бы обеспечить приемлемые сро­ки схватывания смесей, и при­шли к выводу, что замедляю­щий эффект добавок можно оценить и при температуре выше нормальной. Для наибо­лее реального времени пере­мешивания бетонной смеси, превышающего 6 мин, можно рекомендовать стандарт ASTM

Потеря подвижности бетонной смеси во времени

28

GS: 21

I о"

0 2 U 6 8 10 T,4

Рис. 3.35. Влияние водопонизителей и замедлителей на предельное время вибрации (на кривых указано коли­чество добавки)

Потеря подвижности бетонной смеси во времени

Рис. 3.36. Поведение растворной смеси с добавками — водопонизителями и за­медлителями и без Добавок при раз­ной температуре и одинаковой виб — рируемости смеси

С-494, Превышение дозировки добавок может привести к из­лишне сильному замедляюще­му действию, что вызывает не­обходимость продолжительно­го ухода за бетоном. Однако возможно решение, при котором незначительное увеличение со­держания добавок не окажет влияния ни на требования к прочности бетона в поздние сроки, ни на поддержание по­верхности бетона в должном состоянии [130].

Технические добавки-водо­понизители могут содержать некоторые компоненты, ускоря­ющие процессы гидратации це­мента и ослабляющие дей­ствие основных водопонижаю — щих составляющих добавки. В результате сроки схватыва­ния цемента с такой добавкой с точностью до +1 ч совпа­дают со сроками схватывания контрольных составов. Влияние технических водопонизителей на сроки схватывания цемента показано в табл. 3.1 и 3.5. Задержка в подаче добавки приводит к усилению ее замед­ляющего действия, которое можно ослабить, снизив ее содержание (см. табл. 3.5).

В водопонизителях — уско­рителях схватывания и тверде­ния содержатся компоненты, ус­коряющие схватывание и твер­дение цемента. Это могут быть и свободные от хлоридов слож­ные добавки (см. табл. 3.1). Они необходимы в том случае, если требуется быстрая распа­лубка изделий (раньше, чем через 1 сут после укладки бе­тонной смеси) и нужно обес­печить достаточно высокую 12- или 24-часовую прочность бе­тона [96]. Эти же требования предъявляются к добавкам, применяемым при поверхност­ной обработке плит и при ра­боте в холодное время года.

3.4.12. Теплота гидратации цемента. Водопонижающие до­бавки удлиняют время, через которое начинается интенсив­ное тепловыделение цемента. Используя лигносульфонат кальция, ортогидроксибензой — ную кислоту и хлорид кальция в разных соотношениях, уда­ется управлять тепловыделе­нием цемента в ранние сроки, сознательно изменяя этот про­цесс в сторону как замедле­ния, так и ускорения [153]. Кроме того, перечисленные комплексные добавки повыша­ют прочность образцов, отне­сенную к теплоте гидратации цемента.

При использовании доба­вок — замедлителей и водопо­низителей количество тепла, выделяющегося на раннем эта­пе гидратации цемента, ниже, чем у контрольных составов, однако к 38 сут оно или оди­наково, или превышает теп­лоту гидратации последних [12, 22]. Исключения составляют добавки, обладающие водопо — нижающим и ускоряющим гид­ратацию цемента действием.

Снижение добавками на­чального тепловыделения по­лезно для решения с их по­мощью некоторых проблем тре- щинообразования в бетоне, в частности при повышенной тем­пературе воздуха (см. разд. 3.4.14). С другой стороны, комбинации из водопонизителя и ускорителя, обеспечивающие более интенсивное тепловыде­ление цемента в ранние сроки, эффективны при их использо­вании в холодную погоду.

3.4.13. Рост температуры. Обычно в бетонной смеси во­допонижающие и замедляю­щие схватывание добавки сни­жают рост температуры при гидратации цемента в ранние сроки, оставляют его на уров­не эталона примерно к 3 сут и в отличие от добавок-водопо­низителей — ускорителей схва­тывания и твердения цемента несколько повышают его в бо­лее поздние сроки [22]. При прочих равных условиях влия­ние состава и количества це­мента на рост температуры бо­лее существенно, чем влияние добавок. В работе [22] отме­чена разница в 4,5 °С между температурой контрольной сме­си и смеси с добавкой водопо­низителя-замедлителя (к 28 сут) при сокращении с по­мощью этой добавки расхода цемента на 5 %.

3.4.14. Пластическая усадка. Добавки водопонизители-замед­лители могут усилить усадку бетонной смеси и в конечном счете процессы трещинообра — зования, хотя они и способ­ствуют сохранению влаги в материале. Они могут снизить опасность трещинообразования лишь в том случае, если оно происходит вследствие уско­ренной гидратации цемента в ранние сроки (и соответственно его интенсивного тепловыделе­ния) [135].

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *