ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДОПОНИЗИТЕЛЕЙ-ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЕРДЕЮЩЕГО БЕТОНА

Рассматриваемые добавки могут влиять на физические, механические и химические свойства твердеющего бетона, в частности и при снижении его водопотребности.

3.5.1. Физические свойства. При постоянной прочности рас­тет плотность бетона вслед­ствие снижения количества во­ды затворения при сохранении одинакового с контролем объе­ма воздуха. По данным [130], в этих условиях плотность бе­тона возрастает на 0,6—1,2 %.

Пористость бетона и раство­ра в присутствии водопонизите­лей зависит от степени гидра­тации цемента и водоцементно­го отношения. В более поздние сроки твердения, когда степень гидратации цемента не столь существенно зависит от доба­вок, пористость бетона тем ниже, чем меньше В/Ц. В ре­зультате эталонные образцы (без добавок) и бетоны с до­бавками, но при пониженных расходах цемента и воды за­творения, имеют близкие по­ристость и кривую распреде­ления пор, по размерам в об­ласти более мелких пор (рис. 3.37). Как видно, при В/Ц = 0,5 для образцов из портландце­мента участок кривой распре­деления пор по радиусам в ин­тервале 1—7,5 нм практиче­ски не отличается от анало­гичного участка кривой для об­разцов из портландцемента, Содержащих 0,2 % техниче­ского лигносульфоната, однако для них характерно повышен­ное содержание пор с радиу­сом более 7,5 нм.

Общая пористость, вклю­чающая поры с радиусом< <20 нм, для портландцемента, содержащего 0,2 % техническо­го лигносульфоната, тоже не­сколько выше, чем для этого же цемента без добавки, тог­да как у составов на пуццо­лановом и шлакопортландце­менте без добавок и с добавкой различие не обнаружено.

Аналогичные результаты по­лучены и в работе [155]: при близкой общей пористости со­держание 0,25 % лигносуль­фоната увеличивает объем пор с радиусом более 10 нм на 8 % в образцах из раствора и на 30 % — из теста.

В табл. 3.16 приведены зна­чения пористости (Vp) и удель­ной поверхности (S) образцов из цементных паст (В/Ц = 0,5) без добавок и с добавкой 0,2 % технического лигносульфоната кальция (ЛСК) в возрасте 7 сут.

Таблица 3.16 пористость и удельная поверхность образцов

Тип цемента

Vp,

Л/кг

S -10-

, м!/кг

Без до­бавки

С ЛСК

Без до­бавки

С ЛСК

Портландце­

0,12

0,11

43,2

47,6

Мент

Пуццолано­

0,11

0,11

45,4

47,1

Вый цемент

Шлакопорт­

0,10

0,10

43,7

46,0

Ландцемент

Примечание. Vp — объем пор с радиусом меньше 20 нм в расчете на цементный камень; S — удельная по­верхность, определенная по методу БЭТ в расчете на цементный камень.

Поверхностные свойства бе­тона. Из данных табл. 3.16 видно, что через 7 сут тверде­ния удельная поверхность об­разцов с 0,2 % лигносульфона­та кальция несколько выше, чем у эталонных. Аналогичные результаты получены при обра­ботке кумулятивных кривых распределения пор по размерам [8]. Эти результаты можно объяснить частично большей степенью гидратации цемента в присутствии добавки и соот­ветственно возросшим объе­мом продуктов гидратации к 7 сут (см. табл. 3.13).

Проницаемость бетона. В связи с пониженным водоце- ментным отношением порис­тость и проницаемость бетона с добавками рассматриваемых типов уменьшаются (см. разд. 3.5.1.2). Из данных рис. 3.38 видно, что при постоянном рас­ходе цемента (300 кг/м3 бето­на) и осадке конуса (100 мм) введение 0,2 % технического гидроксилированного полимера — водопонизителя снижает про­ницаемость бетона как в раннем возрасте, так и в более позд­ние сроки [119]. Близкие дан­ные получены при использова­нии в качестве добавок лигно­сульфоната аммония, техниче­ского лигносульфоната и сме­сей гидроксикарбоновых кис­лот [156]. Уменьшение прони­цаемости бетона, обусловлен­ное водопонижающим действи­ем добавок, наблюдается и ког­да их используют для снижения расхода цемента, что объясня­ется, по-видимому, повышенной степенью гидратации цемента [156].

Усадка при высушивании бе­тона (структурная усадка). Из данных табл. 3.17 и 3.18 видно,

Таблица 3.17. усадка цемента без добавки и с добавкой лск

Вяжущие

7 сут

90 сут

Без до­бавки

С ЛСК

Без до­бавки

: ЛСК

Портланд­

530

740

910

900

Цемент

Пуццолано-

630

780

930

940

Выи цемент

Шлакопорт­

500

620

890

890

Ландцемент

Таблица 3.18. усадка бетона

Бетон при В/Ц

Продолжительность испыта­ний, сут

90

180

Без до­бавки

С до­бавкой

Без до — добавки

С до­бавкой

0,44 0,42

310

270

450

420

Что водопонижающие добавки либо не ухудшают этот пока­затель раствора и бетона, либо лишь незначительно изменяют его [8, 119]. Так, в присут­ствии 0,2 % технического лиг­носульфоната кальция раствор (В/Ц = 0,5) характеризуется более быстро протекающими деформациями усадки и боль­шим значением усадки к 7 сут по сравнению с эталоном, но к 90 сут величина усадки ока­зывается одинаковой (см. табл. 3.17). Аналогичные данные по­лучены и при использовании глюконата натрия или сахаро­зы, смесей лигносульфоната кальция с хлоридом кальция, а также лигносульфоната и три-

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДОПОНИЗИТЕЛЕЙ-ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЕРДЕЮЩЕГО БЕТОНА

Рис. 3.38. Проницаемость бетона без добавки (/) и с добавкой водопони­зителя (2) при одинаковой осадке конуса смеси |120) \

\

Этанол амина [157]. Установлен но [13], что и добавки на ос — .нове гидроксилированных орга­нических веществ способствуют более сильной усадке в раннем возрасте, однако этот их эф­фект со временем уменьшается, и через несколько месяцев усадка практически полностью приостанавливается.

Некоторое повышение уса­дочных деформаций в при­сутствии добавок можно объя­снить отчасти тем, что добавки увеличивают содержание бо­лее крупных пор, а также удельную поверхность цемент­ного камня из-за возрастания его объема в результате бо­лее полной гидратации цемента в раннем возрасте (см. рис. 3.37).

В табл. 3.17 приведены зна­чения усадки (миллионные до­ли) при высушивании раство­ра без добавок и с 0,2 % лиг­носульфоната кальция (ЛСК) в течение 1 сут; сушка при 20 °С и 50 %-ной относитель­ной влажности [8].

В табл. 3.18 приведены зна­чения усадки бетона в зави­симости от водоцементного от­ношения и наличия (или от­сутствия) добавки в виде тех­нического гидроксилированного полимера [120]. Расход це­мента 300 кг на 1 м3, осадка конуса 100 мм. Уход в течение 7 сут, сушка при 20 °С и 65 %-ной относительной влаж­ности.

Согласно работе [150], зна­чение усадки зависит от типа добавки и ее дозировки. В боль­шинстве случаев авторы нашли, что добавки либо уменьшают усадку, либо не оказывают на нее сколько-нибудь существен­ного влияния.

В работе [22] приведены результаты изучения влияния лигносульфоната, а также гид — роксикарбоновых кислот на усадку при сушке таких бето­нов со сниженным расходом либо только воды, либо цемен­та и воды. Установлено, что через 28 сут и 1 год бетоны с этими добавками имели мень­шую усадку, чем бетоны без добавки, тогда как в возрасте 3 и 7 сут в некоторых случаях усадка бетонов с добавкой была несколько выше, чем у конт­рольных образцов. Обнару­жено также, что введение до­бавки лигносульфоната приво­дит к снижению усадки бетон­ных образцов, изолированных от внешней среды как в раннем возрасте, так и в более позд­ние сроки (вплоть до пяти лет).

Ползучесть бетона зависит от таких факторов, как тип цемента и состав бетона, вид заполнителей, время загруже — ния конструкций, степень гид­ратации цемента к этому вре­мени и ее протекание под на­грузкой, колебание влажности цементного геля и сушка бе­тона под нагрузкой (ползу­честь при сушке), а также изменение условий равновесия между окружающей средой и бетоном при его нагружении.

На сегодня имеются лишь ограниченные сведения о влия­нии замедлителей и водопони — жающих добавок на ползу­честь бетона, причем большин­ство этих данных не связано с изучением роли добавок в раз­витии ползучести бетона в за­висимости от перечисленных факторов. В работе [158] ис­следовано влияние техническо­го лигносульфоната на ползу­честь раствора из цементов типа I и V по ASTM при постоянном водоцементном от­ношении. Образцы выдержи­вали под нагрузкой в насы­щенном растворе гидроксида кальция. При выборе момента нагружения исходили из усло­вия одинаковой степени гидра­тации цемента в бетоне без добавки и с добавкой. Уста­новлено, что при использова­нии цемента типа I добавка повышала меру и абсолютное значение ползучести как в на­чальные сроки, так и в более позднем возрасте, что согла­суется с другими литератур­ными данными [159, 160]. С другой стороны, при исполь­зовании цемента типа V не об­наружили сколько-нибудь су­щественной разницы между ползучестью бетона с добав­кой и без нее.

В исследовании [161] ис­пользован цемент типа III; опыт проводили при относительной влажности воздуха 50 %; об­разцы готовили при постоян­ном В/Ц с добавками лиг­носульфоната и гидроксикарбо — новой кислоты (эталоном слу­жили образцы без добавки). Продолжительность наблюде­ний— 12 ч после нагружения. Выбранная влажность воздуха позволяла одновременно учесть и «основную» ползучесть об­разцов и ползучесть, вызван­ную высушиванием.

Анализ результатов позво­ляет предположить, что воз­растание деформаций ползуче­сти образцов в присутствии лигносульфоната обусловлено большей легкостью их влаго — обмена [161], что подтвержда­ют данные, приведенные на рис. 3.37 [5, 155]. Повышению ползучести образцов способ­ствует и уменьшение лигносуль — фонатом поверхностного натя­жения воды [161].

В присутствии гидроксикар — боновой кислоты в меньшей степени проявляются ползу­честь и снижение влажности образцов (в сравнении с конт­рольными) . Однако тенденция к изменению влажности в об­разцах с добавками такова, что в более поздние сроки мож­но ожидать увеличения потери влаги. Это согласуется с дли­тельными испытаниями на пол­зучесть образцов с добавкой гидроксикарбоновой кислоты; в большинстве случаев она вы­ше, чем у контрольных об-

6 Зак 976

Разцов [159, 162]. Однако в легких бетонах с этой же до­бавкой деформация ползуче­сти для большинства изучен­ных влажностных условий была ниже, в том числе и при дли­тельных сроках нагружения [162].

Хотя в присутствии лигно­сульфоната не обнаружили ни­каких существенных измене­ний морфологии продуктов гидратации цемента (см. разд. 3.3.1.10), последовательность их образования и количествен­ное соотношение продуктов гидратации могут сильно отли­чаться, если добавки отсут­ствуют. Это обстоятельство час — \ тично объясняет влияние изу­чаемых добавок на ползучесть бетонов, особенно если они из­меняют скорость и степень гидратации цемента под нагруз — / кой. /

3.5.2. Механические свой­ства бетона. Такие механиче­ские показатели бетона, как прочность при сжатии, растя­жении и изгибе, модуль упру­гости, прочность сцепления и износостойкость, в большей или меньшей степени взаимоза­висимы, поэтому изменение од­ного из них приводит к изме­нению других, однако степень подобных изменений неодина­кова.

3.5.2.1. Прочность бетона при сжатии в возрасте 28 сут. Снижение количества воды за­творения в присутствии доба­вок приводит к росту прочно­сти бетона к 28 сут (см. рис. 3.1, 1 и 3.3), причем это повышение больше, чем можно было ожидать, исходя только

161

Из снижения водоцементного отношения (см. рис. 3.32). При­чины более высокой прочности бетона с добавками по срав­нению с контрольными образ­цами при одинаковом водоце — ментном отношении объясня­ются большей степенью гид­ратации цемента с добавками в поздние сроки (см. рис. 3.2; 3.28; 3.29; 3.31 и 3.1, III). Как видно, сказанное относится к таким водопонижающим и за­медляющим схватывание до­бавкам, как сахароза, лигно — сульфонаты и глюконовая кис­лота.

В работе [163] установлено следующее соотношение меж­ду прочностью при сжатии бетона без добавки Sp и с 0,266 % технического лигно­сульфоната кальция Sa в воз­расте 28 сут и отношением (вода+ воздух)/цемент:

S„ = 8518—183V„, (3.8)

S„ = 8190— 1992V,,, (3.9)

Где Va и Vp — отношение (во­да +воздух) соответственно к цементу с добавкой и без нее. Это соотношение свидетель­ствует о том, что при постоян­ном содержании цемента и воз­душной фазы в бетоне с воз — духововлекающей добавкой прочность к 28 сут возрастает на 19 % при снижении коли­чества воды всего на 5 %, тогда как прочность бетона без добавки повышается на 15 % при снижении содержания воды на 10 %.

В работах [22] обобщены результаты многочисленных ла­бораторных и натурных экспе­риментов. Авторы пришли к выводу, что в присутствии до­бавок-водопонизителей и за­медлителей схватывания при одинаковых с контрольным расходах цемента и осадке конуса прочность при сжатии бетона к 28 сут на 20 % выше. Соответственно при по­стоянных прочности бетона и осадке конуса смеси можно на 8 % снизить расход цемен­та. Аналогичные результаты подтверждены в многочислен­ных исследованиях, проведен­ных с цементами без пуццо — лановых добавок и с ними [96, 134, 135, 156]. Однако, согласно [135], невозможно дать универсальную характе­ристику снижения расхода це­мента с помощью таких доба­вок, поскольку их оптимальная дозировка зависит от природы добавки, вида и состава це­мента.

Прочность при сжа­тии в другие сроки. Прочность бетона зависит от того, являются ли водопони­зители замедляющими, уско­ряющими или они не изменяют сроки схватывания цемента [см. рис. 3.2 и 3.3]. В целом в возрасте более 28 сут проч­ность бетона с добавками по сравнению с бетоном без доба­вок изменяется примерно так же, как и через 28 сут, что было подтверждено при испы­тании материала в течение 5 лет [22].

В раннем возрасте (1 сут) прочность при сжатии бетонов с водопонижающими добавка­ми (лигносульфонатом, глюко — новой кислотой или сахарозой) ниже, чем контрольных (см.

Рис. 3.29 и 3.30), что объясня­ется их замедляющим процес­сы гидратации цемента дей­ствием (рис. 3.28); причем чем больше содержание добавок, тем сильнее их замедляющий эффект.

Если сравнить бетоны без добавок и бетоны с технически­ми добавками при одинаковых расходе цемента и осадке ко­нуса, то разница в прочности окажется несколько ниже и бу­дет зависеть от типа добавок. Если они замедляют процес­сы гидратации, то эта разница будет больше. Водопонизите­ли-ускорители могут обеспе­чить повышение ранней проч­ности бетонов с добавками по сравнению с бетонами без до­бавок (см. рис. 3.2 и 3.3, табл. 3.5).

В возрасте 3 и 7 сут проч­ность бетона с добавками воз­растает сильнее, чем в одно — и 28-суточном возрасте, при­чем даже если применяют до­бавки водопонизители-замед­лители при одинаковом с конт­рольными составами водоце- ментном отношении, то проч­ность последних ниже, чем бе­тона с этими добавками (рис. 3.29 и 3.30), за исключением случая их чрезмерно высокой дозировки (рис. 3.30).

Прочность бетона при изгибе. При одинако­вых с контрольным бетоном рас­ходе цемента и осадке конуса введение лигносульфоната или гидроксикарбоновой кислоты приводит к 10%-ному повы­шению прочности в возрасте от 7 сут до 1 года; соответ­ственно равнопрочные бетоны 6* можно получить при сниже­нии расхода цемента на 15 % [156].

Как видно из данных рис. 3.29, в присутствии лигносуль­фоната кальция растворы на портландцементе в возрасте 3 сут и более характеризуются более высокой прочностью при изгибе, чем контрольные. Ана­логичные результаты получены и при использовании пуццола — нового и шлакопортландцемен­те [8].

Прочность бетона при растяжении. Несмо­тря на трудность получения надежных данных имеющиеся публикации свидетельствуют о том, что добавки либо не) изменяют, либо повышают прочность бетона при рас-1 тяжении [22]. В присутстг вии лигносульфоната и гид­роксикарбоновой кислоты проч­ность бетона при сдвиге выше, чем бетона без добавок [22].

3.5.2.2. Модуль упругости. Хотя считается, что модуль упругости приблизительно про­порционален корню квадратно­му прочности бетона при сжа­тии, четкая зависимость между этими показателями в присут­ствии добавок не определена. Так, при увеличении модуля упругости бетона с добавкой гидроксикарбоновой кислоты на 7 % прочность его при сжа­тии возросла на 24 % по срав­нению с контрольным бетоном при одинаковой удобообраба — тываемости смеси [156]. Мо­дуль упругости бетона с добав­кой лигносульфоната в. возра­сте от 1 до 5 лет на 2—8 % больше, чем модуль контроль — ного бетона, даже при меньших расходе цемента и воды и повы­шенном содержании заполни­теля [1561. Это можно объяс­нить более высоким модулем упругости заполнителя.

3.5.2.3. Адгезионная проч­ность. Показано [156], что до­бавка лигносульфоната повы­шает прочность сцепления в бетоне на 15—20 % и уменьша­ет проскальзывание арматуры при одинаковом значении ад­гезионной прочности. Этот ре­зультат можно связать со сни­жением в присутствии добав­ки В/Ц и соответственно во — доотделения и усадки, что при­водит к увеличению сил ад­гезии.

3.5.2.4. Износостойкость бе­тона. Согласно некоторым дан­ным [164], износостойкость пропорциональна прочности бе­тона при сжатии, следова­тельно, добавки-водопонизите — ли должны улучшать износо­стойкость бетона, особенно в условиях жаркого климата, что подтверждено в опытах [156].

3.5.3. Долговечность бетона.

Обычно долговечность бетона определяют как стойкость бето­на к попеременному заморажи­ванию и оттаиванию. Однако правильнее включать в это по­нятие также сопротивление бе­тона к другим воздействиям, например сульфатов и хлори­дов.

3.5.3.1. Морозостойкость. Ус­тановлено, что в общем виде мо­розостойкость бетона зависит от содержания в нем воздуха: характера распределения воз­душных пузырьков в цементном камне и степени заполнения этими пузырьками бетона и за­полнителя [13]. Однако вызван­ное введением водопонижаю — щей добавки снижение водоце- ментного отношения или воз­растание удобообрабатываемо — сти бетонной смеси влияет на ее качество и кривую распределе­ния воздушных пузырьков. Ис­пользованием только таких до­бавок без воздухововлекающнх компонентов не удается достичь заметного повышения морозо­стойкости бетона [165]. В ра­боте [22] проверен эффект от добавления водопонизителей в бетонную смесь, содержащую воздухововлекающую добавку. Установлено, что морозостой­кость такого бетона была на 39 % выше, чем в контроль­ном бетоне. В другом случае совмещение воздухововлекаю — щей и водопонижающей доба­вок привело не только к даль­нейшему улучшению морозо­стойкости бетона, но и к мень­шему падению его прочности в результате наличия воздуш­ной фазы [156]. Согласно ра­боте [154], введение добавок с целью снижения расхода це­мента и воды затворения (рис. 3.1, II) не изменяет морозо­стойкость бетона по сравнению с бетоном с теми же прочно­стью и содержанием воздуха (бетонная смесь при этом имела одинаковую осадку ко­нуса) .

Снижение морозостойкости бетона в присутствии возду- хововлекающей и водопонижа­ющей добавок отмечено в рабо­те [13]. Этот результат, по — видимому, обусловлен недоста­точным воздухововлечением или
неудачным распределением воз­духа в бетоне. Однако обычно с помощью добавок, содержа­щих водопонижающие и воз­духововлекающие компоненты, удается назначать оптимальные параметры и по объему воз­духа, и по его распределению в бетоне.

3.5.3.2. Сульфатостойкость бетона. Водопонижающие до­бавки способствуют повыше­нию сульфатостойкости в той мере, в какой они, снижая во — доцементное отношение, увели­чивают непроницаемость бето­на и, уменьшая расход цемен­та, понижают содержание алю — минатной фазы (рис. 3.39). Эти добавки улучшают сульфато­стойкость и в том случае, если их вводят для повышения удо — бообрабатываемости смеси при постоянном водоцементном от­ношении вследствие ее большей гомогенизации и снижения чис­ла раковин в бетоне.

3.5.3.3. Выщелачивание из цементного камня. Этот про­цесс, вызываемый фильтрацией воды через бетон (особенно Мягкой, или с повышенной кис­лотностью, или богатой СОг), может быть существенно умень­шен с помощью водопонижаю­щих добавок вследствие повы­шения непроницаемости бетона (см. разд. 3.5.1.4) [166]. По­этому рекомендуется вводить подобные добавки, в том числе и тогда, когда они, аналогично описанному выше случаю с сульфатной агрессией, повыша­ют гомогенность бетона и сни­жают опасность образования в нем раковин.

3.5.3.4. Действие хлоридов на бетон и коррозию стали. Хлорид-ионы могут попасть в бетонную смесь либо из ее ком­понентов, включая добавки, ли­бо при последующей эксплуа­тации бетона. Общее количе­ство хлоридов лимитируется: для преднапряженного железо­бетона— 0,06%, для железо­бетона с ненапряженной ар­матурой— 0,1 % при эксплуа­тации во влажной среде, содер­жащей хлориды, и 0,15 % — в той же среде, но без хлори­дов [166] . В некоторых случаях содержание хлоридов в добав­ках должно быть весьма незна­чительным или практически равно нулю. Однако повышение непроницаемости бетона, обес­печиваемое введением добавок- водопонизителей (см. разд. 3.5.1.4), позволяет снизить тре­бования к максимально допус­тимому содержанию хлоридов.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДОПОНИЗИТЕЛЕЙ-ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЕРДЕЮЩЕГО БЕТОНА

3 0,08

I 0,06

3 О/И

| W

О

2 4 6 в 10 12 T,Mec

Рис. 3.39. Кинетика изменения расшире­ния бетона без добавки (/) и с добав­кой водопонизителя (2) при выдер­живании образцов в растворе сульфата натрия с концентрацией 20 г/л |120) (характеристика бетона дана в табл. 3.18 и на рис. 3.38) J120J

ЦП 0,12 0,10

Хлорид-ионы могут прони­кать в бетон из морской воды или с противогололедными реа­гентами. Для снижения потен­циальной опасности коррозии арматуры в подобных услови­
ях, помимо ограничений по со­держанию хлоридов, должны быть обеспечены определен­ные толщина и непроницае­мость защитного слоя бетона [166], что достигается ограни­чением В/Ц^0,4. Показано [168, 169], что при этом и в ре­зультате уплотнения бетона сильно снижается диффузия в него хлорид-ионов, причем при­менение добавок-водопонизите­лей оказывается полезным для решения обеих задач.

3.5.3.5. Щелочная коррозия заполнителя. Хорошо известно, что воздействие щелочей на реакционно-активный кремне­зем происходит во влажных условиях; поэтому все меро­приятия, направленные на уменьшение времени пребыва­ния в воде бетона с заполни­телем, потенциально склонным к щелочной коррозии, следует считать полезными для повы­шения долговечности конструк­ций [166]. В работе [132] отмечено, что лигносульфонат кальция лишь несколько сни­жает скорость и опасность ще­лочной коррозии реакционно — активного заполнителя, однако не предотвращает ее.

Добавить комментарий

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