| Скачать .docx |
Реферат: Реологические свойства бетонной смеси
Оглавление
1.Общие физико-химические свойства бетонной смеси. Ошибка! Закладка не определена. 4
2.Реологические характеристики бетонных смесей. 9
3.Химические добавки в технологии бетона. 12
4.Химические добавки реологического действия. 17
5. Экономическая целесообразность использования химических добавок. 19
ВВЕДЕНИЕ
Бетон – это сегодня самый применяемый строительный материал. К бетону предъявляется ряд требований, выполнить которые зачастую невозможно без использования так называемых модификаторов и пластификаторов, т.е. химических добавок, позволяющих придать бетонной смеси свойства, обеспечивающие требования как проектировщиков, так исполнителей работ.
Идеал строителей – бетонные смеси, которые имеют высокую подвижность, замедленное схватывание и быстрый набор прочности, длительное время транспортировки с последующей легкой заливкой в формы, универсальность применения, получения конструкций, не требующих значительных затрат на гидроизоляционные работы. При этом не следует забывать, что основной задачей является обеспечение требуемой прочности и долговечности бетонной конструкции, т.е. возможностью длительное время противостоять механическим нагрузкам, химическим и физическим воздействиям окружающей среды. Поэтому применение добавок в современном строительстве не только рекомендуется, но и просто жизненно необходимо.
Химические добавки применяются также для достижения необходимых свойств бетона, снижения расхода материальных и энергетических ресурсов при изготовлении этого материала и при применении его для производства конструкций, возведения зданий и сооружений. В настоящее время предприятия по изготовлению бетона, изделий и конструкций на его основе наряду со сравнительно дешевыми добавками, получаемыми часто из промышленных отходов, все шире применяют специально синтезируемые добавки на основе дорогого химического сырья. Такие добавки-модификаторы позволяют обеспечить высокое качество бетона и в широком диапазоне регулировать его свойства, однако при оценке целесообразности их введения, замены ими традиционных дешевых добавок приходится достигаемый технический эффект соизмерять с необходимыми дополнительными затратами.
1. Общие физико-химические свойства бетонной смеси
Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.
1)Технические свойства бетонной смеси
При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:
-подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;
-жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;
-связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.
Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.
2) Удобоукладываемость бетонной смеси
Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м 3 ) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси - подвижность и жесткость. Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность.
3) Деформативные свойства бетона
Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия. Область условно упругой работы бетона - от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины. Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины. Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой: Есж =Ер=Еб.
Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки. Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя - щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми. Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести. Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.
4) Усадка и набухание бетона
При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т.е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих. Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне. Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.
Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.
5) Морозостойкость бетона
Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.
6) Водонепроницаемость бетона
С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.
7) Теплофизические свойства бетона
Теплопроводность - наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий. Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя. Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°). Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами. Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры. Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.
2. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Реология бетонных смесей, как и других структурированных материалов, связана с их структурой, изменяющейся в процессе твердения. В этой связи оценка реологических свойств смесей необходима в технологическом процессе производства строительных конструкций, особенно в процессе структурообразования. Рассмотрим факторы, влияющие на реологические характеристики бетонных смесей. Разными авторами приводятся много факторов, которые по их мнению влияют на реологию бетонных смесей. Среди них можно выделить концентрацию, гранулометрию и форму частиц заполнителя; характер динамического воздействия на смесь; режим движения частиц, степень проявления тиксотропных свойств; фактор времени и другие параметры. Существует классификация факторов, влияющих на удобоукладываемость бетонной смеси, в соответствии с которой эти факторы делятся на внутренние и внешние. К внутренним относятся: текучесть цементного теста; тип заполнителя и отношение объема цементного теста к объему заполнителя. Текучесть цементного теста определяется В/Ц, типом цемента (в частности, его удельной поверхностью, содержанием С3А, содержанием гипса, содержанием щелочей), наличием добавок. Тип заполнителя определяется максимальным размером, зерновым составом, содержанием мелких частиц (<300 мкм), пористостью. К внешним факторам относятся условия перемешивания, температура смеси и время выдержки от момента затворения (зависит от наличия ускоряющих или замедляющих добавок). Некоторые исследователи считают, что химический и минералогический состав цемента мало влияет на реологические свойства цементного теста; исключение составляет цемент с регулируемыми сроками схватывания, который при прочих равных условиях образует цементное тесто повышенной вязкости. Отмечается, что при увеличении В/Ц вязкость цементного теста падает; такое же влияние оказывает более грубый помол цемента и перемешивание цементного теста во время
Рассмотрим реологические характеристики, которыми предлагается характеризовать бетонную смесь. К ним относятся: когезия (во многом определяется когезией цементного теста), вязкость (в частности, при приложении вибрационных воздействий) и внутреннее трение. Величина когезии в основном определяется количеством воды. Внутреннее трение зависит от количества и геометрии заполнителей. Таким образом, реологическое поведение бетонных смесей определяется тремя фундаментальными параметрами: когезией, трением и вязкостью. Указанные величины зависят от сил, действующих в бетонной смеси. Это силы трения, капиллярные силы, силы коагуляционного структурообразования и коллоидного взаимодействия. Относительная значимость этих сил определяется размерами зерен и расстоянием между ними. Указанные силы изменяются во времени по мере того, как частицы цемента реагируют с водой.Проведенный анализ показал, что для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси необходимо уменьшать когезию, вязкость и трение в смеси. Однако чрезмерное уменьшение этих величин приводит к водоотделению и сегрегации в смеси, что влечет за собой резкое ухудшение эксплуатационных свойств бетона. Указанные недостатки могут быть частично устранены путем введения в смесь добавочного количества цемента. Однако, это может явиться причиной появления трещин в бетоне за счет повышенного тепловыделения. При построении реологических моделей бетонной смеси как многофазной структурированной системы, следует исходить из возможности ее представления в виде:
1.Дискретной системы физических материальных точек. Обычно в роли таких точек выступают частицы крупного заполнителя. Материальные точки могут быть свободными или связанными между собой силами. Если бетонная смесь представлена системой свободных материальных точек, то ее влияние на движение уплотняющих устройств учитывается в виде сил инерции точки, а также массовых сил веса. В случае представления бетонной смеси, связанной системой точек, к указанным выше силам добавляются упругие, вязкие и силы трения. Упругие силы описываются линейной непрерывной функцией от смещения точки, а также разрывной с конечным скачком, допускающей представление комбинацией функций Хевисайда. Вязкая сила содержит составляющую, определяемую предельным напряжением сдвига, и составляющую, зависящую от скорости, а также от смещения. Составляющая силы вязкого трения, зависящая от скорости и смещения, описывается линейной, квадратичной функцией скорости, а также разрывными функциями с бесконечным скачком типа функций Дирака. Природа вязких сил определяется возможностью смещения группы частиц, окружающих данную, как целого по отношению к соседним группам. Природа сил трения (сухого) определяется возможностью смещения данной частицы по отношению к соседним, то есть обычным скольжением частицы. Силу сухого трения можно описать функцией от нормальной силы. Если эту функцию разложить в ряд Маклорена по нормальной силе, то первое слагаемое будет представлять силу сцепления, которую в первом приближении можно представить капиллярными силами. Последнее существенно, так как это позволяет учесть влияние размера частиц заполнителя. Описанное равносильно представлению дискретной системы динамическими моделями реологических тел Гука, Ньютона, Кельвина, Сен-Венана, Шведова, Максвелла. Движение бетонной смеси будет описываться системой конечного числа дифференциальных уравнений второго порядка.
2.Непрерывной среды. Все деформационные процессы, происходящие в таких средах, описываются известными уравнениями механики сплошной среды, полученными из второго закона Ньютона, примененного к бесконечно малому элементу среды. Однако число неизвестных, входящих в них, более числа уравнений. Поэтому приходится отыскивать дополнительные условия, обеспечивающие их замыкание. Эти условия получили название реологических уравнений. Условия замыкания могут быть получены из эксперимента. Так появились экспериментальные кривые зависимости напряжения от скорости однородного сдвига (реологические кривые), а может быть и времени. Реологические уравнения по отношению к неизвестным напряжениям и деформациям, а также их производным являются нелинейными. Последние можно линеаризовать, получив обобщенные линейные относительно напряжений, деформаций и их производных реологические уравнения. Аналогично можно учесть и нелинейные эффекты, сохранив неизменными по форме реологические уравнения, если при этом соответствующие коэффициенты считать функциями от принятых переменных.
3. РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК В БЕТОННОЙ СМЕСИ
Применение химических добавок является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона. Исторически устоялось разделение компонентов бетона на основную и дополнительные категории. При этом огромный по объему использования и функциональной значимости класс материалов регуляторов технологических процессов, составов и свойств бетонных смесей и бетонов как бы традиционно выделяется в дополнительную категорию, называемую добавками.
Термин «добавка», как хорошо известно, охватывает химические и минеральные вещества неорганической и органической природы, растворимые и нерастворимые, инертные и реакционноспособные, жидкие и твердые, в т.ч. в дисперсном состоянии. Систематика добавок построена, в основном, по признакам и достигаемым технологическим эффектам. Предпринимались основательные попытки классифицировать добавки по механизму действия химических добавок практически невозможно. Концерны, компании и фирмы, производящие и распространяющие эту продукцию для сохранения секретов и в рекламных целях, создают и развивают излишне сложную терминологию, оставляя потребителей перед зачастую трудно решаемыми задачами корректной и всесторонней оценки позитивных и негативных последствий использования добавок в технологии бетона. Задача повышения эффективности и качества бетона и железобетона была и остается весьма актуальной и в полной мере не может быть успешно решена без использования в технологии бетона химических добавок.
Химические добавки, являясь одним из самых простых и доступных технологических приемов совершенствования свойств бетона, позволяют существенно снизить уровень затрат на единицу продукции, повысить качество и эффективность большой номенклатуры железобетонных конструкций, увеличить срок службы как конструкций, так и зданий и сооружений в целом.
Добавки представляют собой химические вещества (реагенты) как органического, так и неорганического строения, сложного или простого состава. Они вводятся в состав бетона, как правило, с водой затворения и могут иметь жидкое, твердое или пастообразное состояние. Назначение добавок весьма разнообразно. Их количество, нашедшее применение в производстве раствора, бетона и железобетонных конструкций, составляет более 300 наименований.
Из добавок к бетонам, нашедших наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетона, на первом месте стоят пластифицирующие добавки. Объясняется это высокой эффективностью данного вида добавок, отсутствием отрицательного действия на бетон и арматуру, а также доступностью и невысокой стоимостью.
При изготовлении железобетонных конструкций стремятся к получению удобоукладываемой смеси при минимальных расходах цемента и водоцементного отношения. Это связано с необходимостью получения экономичных составов бетона требуемой прочности. Решение этой задачи в полной мере возможно только при использовании химических добавок, регулирующих реологические свойства бетонной смеси.
Расчеты показывают, что суммарная поверхность частиц цемента при его расходе 400 кг/м 3, составляет 800 000 м2 Вода, вводимая в бетонную смесь в количестве 150-200 л/м3 бетона, должна равномерно распределиться на такой огромной поверхности. Однако вода обладает значительным поверхностным натяжением (т.е. между молекулами воды, находящимися в ее поверхностном слое на границе раздела фаз, действуют значительные силы сцепления), которое препятствует ее растеканию по поверхности.
Вводя в воду затворения небольшие количества поверхностно активные вещества (ПАВ), удается существенно снизить поверхностное натяжение воды на границе раздела фаз, тем самым облегчить ее распределение на поверхности твердых тел за счет, улучшения смачиваемости поверхности. В результате снижения вязкости цементного теста при введении добавок наблюдается разжижение бетонной смеси. Эффект разжижения бетонной смеси за счет введения добавок называется пластификацией.
Эффект разжижения бетонной смеси может быть использован для облегчения процессов формования конструкций, для повышения плотности и прочности бетона за счет снижения водопотребности бетонной смеси при сохранении исходной подвижности, либо для сокращения расхода цемента.
Учитывая многообразие изменений свойств бетонных смесей и бетонов, достигаемое путем модифицирования с помощью органических и неорганических соединений, предложена классификация добавок, построенная с учетом основного технологического или технического эффекта действия. обеспечивать реологические свойства бетонных смесей, их сохраняемость во времени;
-регулировать процессы схватывания и твердения бетонов, кинетику их тепловыделения;
-создавать бетоны повышенной коррозионной стойкости, морозостойкости, водонепроницаемости;
Искусственные химические добавки-модификаторы, представляют собой вязкие растворы или порошкообразные материалы, растворимые в воде с образованием слабощелочных или нейтральных растворов. Это могут быть чистые неорганические вещества, их смеси, органические соединения, органоминеральные комплексы. Модификаторы могут быть синтезированы специально, или являться побочными продуктами других производств. Химические органические добавки являются продуктами органического синтеза целлюлозных соединений или переработки отходов лесохимии, целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, агрохимии и др. Наиболее распространенный представитель органических химических добавок (модификаторов) — это поверхностно-активные вещества (ПАВ), на их основе могут быть получены практически любые функциональные типы добавок. ПАВ по-разному проявляют активность и направление действия. Наиболее эффективным видом ПАВ являются суперпластификаторы. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной стадии, суперпластификторы изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры. Суперпластификаторы классифицируют по одному из двух признаков: по составу материалов и по основному эффекту в механизме действия (электростатического или стерического). Различают суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных поликонденсатов, на основе сульфированных меламинформальдегидных поликонденсатов, на основе очищенных от сахаров лигносульфонатов, на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов. В механизме действия последних преобладает стерический эффект (с большим отталкиванием частиц), и эти суперпластификаторы считаются более эффективными, что предполагает их меньший расход. Поликарбоксилаты и полиакрилаты наиболее дорогие, поэтому целесообразно их совмещение с другими пластификаторами. Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов обеспечивают также высокую сохраняемость бетонных смесей, что делает их привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании бетонных смесей.
Химические неорганические добавки являются в своем большинстве электролитами. По механизму действия их подразделят на добавки, изменяющие растворимость минеральных вяжущих материалов, добавки, вступающие с этими минералами в химические реакции, добавки, являющиеся центрами кристаллизации. К этим группам относятся многие ускорители схватывания и твердения, противоморозные добавки и пр. Наиболее яркий представитель этой группы хлорид кальция, являющийся, в первую очередь, добавкой-ускорителем твердения. Скорость гидратации в его присутствии возрастает в 1,5-2 раза. При дозировках, не превышающих 2 %, гидратация не сопровождается деструктивными процессами. При больших концентрациях образуется соединение кальция, разложение которого в цементном камне при положительных температурах является причиной нарушения структуры и снижения прочности цементного камня. В бетоне остаются свободные хлориды, и именно они интенсифицируют коррозию стали в железобетоне. Хлорид натрия, являясь эффективным ускорителем твердения бетона, обуславливает снижение прочности камня при его увлажнении. Все это служит серьезными аргументами за разумное ограничение применения хлоридов в бетонных смесях.
При замерзании жидкой фазы бетона (цементного теста) его твердение останавливается и возобновляется после оттаивания. При температурах −10оС и ниже гидратация цемента практически прекращается, останавливается процесс тепловыделения, отсутствует заметный набор прочности. Замерзание химически не связанной воды затворения в бетоне приводит к резкому увеличению пористости цементного камня, а при высоких расходах воды — к разрушению бетона. Эти обстоятельства сильно затрудняют проведение бетонных работ в условиях пониженных температур, особенно при возведении монолитных конструкций. В соответствии со СН и П III-15-76 запрещается производство бетонных работ без применения специальных методов выдерживания бетона при ожидаемой среднесуточной температуре ниже +5оС и минимальной суточной температуре ниже 0оС. Соответствующий холодный период в разных районах России длится от 3 до 10 месяцев. Поэтому применение и совершенствование методов зимнего бетонирования является весьма актуальной задачей. Для предотвращения замерзания бетона используют различные методы: прогрев бетона, термосное выдерживание и применение противоморозных добавок (возможно в сочетании с первыми двумя методами). Основными и традиционными соединениями, применяемыми в качестве противоморозных добавок являются NaCl, CaCl2, NaNO2, NaNO3, NH4NO3, Ca(NO3), NH4OH, K2CO3, Na2CO3. Органические антифризы по разным причинам практически не применяются, однако разработанные на их основе добавки, включающие также неорганические соли и пластификаторы, по существу являются вторым поколением противоморозных добавок. Эффективность применения противоморозной добавки во многом зависит от величины снижения температуры замерзания жидкой фазы бетона. Однако наличие жидкой фазы при отрицательных температурах обеспечивает крайне медленное твердение. Очевидно, что противоморозная добавка должна работать как ускоритель твердения до технологически оправданных временных интервалов. Применение бетонов с противоморозными добавками ограничивается медленным твердением бетона (вследствие чего проектная прочность достигается через 2-3 месяца); опасностью появления высолов и негативного влияния на структуру, свойства бетона и сохранность арматуры при введении добавки в количествах превышающих 10 % по массе цемента.
4. ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
При современном масштабе развития строительных технологий все больше получают распространение специализированные химические добавки в бетон. Их призвание — улучшить все важные свойства бетонной смеси (удобоукладываемость, водонепроницаемость, прочность, морозостойкость, износостойкость и другие) и таким образом повысить качество будущего бетона.
Существует специальная классификация добавок, основанная на их функциональном назначении. Различают:
-добавки призванные регулировать реологические характеристики смеси;
-добавки для улучшенного схватывания и твердения бетонной смеси;
-добавки, создающие повышенную пористость бетона;
-добавки для уменьшения расхода цемента;
-добавки призванные придать бетону специфические свойства;
-многофункциональные добавки.
Широко известно, что наиболее важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость. Смеси характеризующиеся высоким показателем этой характеристики могут полностью заполнить нужный объем под действием своего собственного веса или при помощи постороннего механического воздействия: прессования, вибрирования, штыкования. При транспортировании и укладке существует опасность расслоения смеси и чтобы не допустить этого явления нужно обеспечить ей нужные свойства — вязкость, пластичность. Именно для достижения этих свойств применяются специальные добавки реологического действия. Они регулируют структурную прочность, напряжение сдвига, пластическую вязкость и повышают удобоукладываемость смеси.
Добавки реологического действия делятся на водоудерживающие, стабилизирующие и пластифицирующие. Пластифицирующие добавки призваны уменьшить жесткость смеси без ущерба прочности бетона и являют собой поверхностно-активные вещества. В зависимости от сильнодействия их делят на четыре группы: суперпластификаторы, сильнопластифицирующие, среднепластифицирующие,слабопластифицирующие добавки. В зависимости от характера действия их делят на гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие. Из первой разновидности широкое применение имеет ЛСТ. Она представляет собой кальциевую соль лигносульфоновой кислоты с добавками минеральных веществ. Поставляется в жидком и твердом виде, легко растворима в воде. Ее расход — 0,1…0,5 % массы цемента. Наиболее желанным является ее применение в смесях, содержащих большое количество вяжущего. При использовании ее, как впрочем, и других добавок пластифицирующего характера, достигается удобоукладываемость, подвижность смеси, экономия воды и цемента, повышение прочности бетона. Гидрофобно-пластифицирующие добавки — мылонафт, асидол-мылонафт, ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Они применяются в тощих смесях и придают бетону дополнительную прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность.
К разряду суперпластификаторов относят НСП и 30-03 (нафталинсульфаты), ОП-7, 20-03, СПД (результаты химического синтеза), ЛСТМ-2 (лингосульфонат). Применяют также пластификаторы неорганической природы — глину и известь. Добиваясь высоких показателей подвижности смеси, суперпластификаторы значительно улучшают укладку и транспортировку раствора.
Вышерассмотренные добавки можно охарактеризовать также как стабилизирующие и водоудерживающие. Также к этому разряду можно отнести тонкозернистые добавки минерального происхождения: ТЭС (пылевидная зола), каменная мука.
Также используется ряд добавок, относящихся к тем, которые регулируют схватывание и твердение. Это ускорители или замедлители схватывания, ускорители твердения, противоморозные добавки. Применяемые на практике ускорители: ХК (хлорид кальция), СН (сульфат натрия), НК и НН (нитраты кальция и натрия), ННК (нитрит-нитрат кальция). Нужно внимательно относиться к количеству добавляемой примеси, так как она может быть ускорителем или замедлителем в зависимости от процентного соотношения в смеси.Замедлители схватывания это вышеупомянутые ЛСТ и ГКЖ-10 и ГКЖ-11.
5. Экономическая целесообразность использования химических добавок
Эффективность любых технических решений, в том числе и введения химических добавок в бетон должна определяться экономическим эффектом (Э) и коэффициентом эффективности затрат (Кэ). Последний представляет собой отношение экономического эффекта к затратам, необходимым для его получения.
Достигаемый экономический эффект от введения добавки (Эд) может быть реализован как при производстве бетона, изделий, конструкций и сооружений на его основе, так и при их эксплуатации в соответствии с проектом. Полный экономический эффект от введения добавки в бетоны является смешанным, расчет его достаточно сложен и на практике обычно не выполняется. Для производителей бетона (бетонной смеси, изделий и конструкций) важно дифференцировать экономический эффект, обеспечиваемый добавкой за счет экономии других ресурсов в процессе производства (Эд1), и эффект, достигаемый при применении бетона (Эд2). Первый непосредственно сказывается на себестоимости бетона, второй должен учитываться при назначении цены на него. Как Эд1, так и Эд2 через изменение себестоимости и цены на бетон должны активно влиять на прибыль и рентабельность предприятий-производителей. Для потребителей бетона эффективность использования добавок определяется величиной Эд2. В зависимости от целевой установки введение одной и той же добавки может быть направлено преимущественно на достижение эффекта Эд1 или Эд2. Известно, например, что добавки-пластификаторы могут быть использованы или для экономии цемента без ухудшения свойств бетона, или для повышения пластичности бетонной смеси и облегчения ее укладки.
На стадии изготовления бетона введение добавки позволяет уменьшить его стоимость, главным образом, за счет уменьшения стоимости необходимых материальных ресурсов, например, в результате снижения расхода цемента, перехода на другие его виды или марки и др. Неучет, однако, дополнительных затрат на добавку и нерациональность технологических решений может не позволить снизить стоимость бетона.
Пусть нормируемые свойства бетона обеспечиваются без добавки при расходе цемента Ц3. При введении добавки можно обеспечить необходимые свойства бетона при расходе цемента Ц1, но это будет невыгодно, т.к. стоимость бетона будет выше, чем бетона без добавки. Уменьшив расход добавки можно обеспечить необходимые свойства бетона при компромиссном расходе цемента Ц2 и это будет самый выгодный вариант. Подобрать оптимальный расход добавки в данном случае можно перебором вариантов, основываясь на результатах подборов составов или при использовании эмпирических зависимостей, связывающих нормируемые показатели свойств с расходом добавки и другими параметрами состава.
При выполнении условия предполагается, что показатели свойств бетонной смеси с добавкой не ниже показателей без добавки. Аналогично можно рассчитать допустимые затраты при производстве изделий, конструкций и возведении сооружений, учтя дополнительно стоимость арматуры, тепловой энергии, строительных работ.
Характерно, что при введении добавок для экономии цемента в рядовых бетонах наиболее эффективной оказалась традиционная добавка ЛСТ и наименее – суперпластификатор С-3, введение которого несомненно более целесообразно при получении литых, высокопрочных бетонов и т.д.
Несмотря на значения для ряда предприятий при сложностях, связанных с поставкой цемента, топлива, пара на первый план может выдвигаться эффект физической экономии соответствующих ресурсов при введении добавок в бетон.
Качественные преимущества бетонов с добавками в конкретных условиях применения бетона могут использоваться с различной целью. Так, повышение прочности бетона может быть использовано для изменения сечения конструкций, уменьшения расхода арматуры, ускорения ввода строительных объектов в эксплуатацию и т.д. Соответственно изменяется стоимость сэкономленных ресурсов и величина коэффициента эффективности.
Коэффициент эффективности качественных показателей бетона позволяет не просто указать на определенный технический эффект введения добавки (пластифицирующий, ускоряющий твердения, антиморозный и т.д.) но и определить "цену" такого эффекта. В некоторых случаях она может быть такой, что традиционные сравнительно дешевые добавки могут оказаться эффективнее чем новейшие "супердобавки". Однако такой вывод является справедливым лишь тогда, когда не обязательна при сравнении различных добавок примерная одинаковость величины достигаемого технического эффекта.
Заключение
Применение химических добавок является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона. Зарубежный опыт показывает, что более 70% всего объема бетона укладывается с применением химических добавок. Несмотря на некоторое удорожание стоимости бетона, применение добавок экономически оправдано из-за улучшения ряда технологических параметров и повышения эксплуатационных свойств.
Следует отметить и тот факт, что применение химических добавок является эффективным средством получения специальных свойств бетона - коррозийной стойкости, электропроводности, защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, закладным деталям и других. К сожалению, специально изготовляемых для этих целей добавок у нас практически нет. К числу перспективных направлений дальнейшего совершенствования технологий бетона и получения изделий с высокими эксплуатационными свойствами относится также создание высокоэффективных химических добавок для бетонов с надежной на основе специально разработанных продуктов из экологически чистого сырья, в том числе, для литьевой технологии из самоуплотняющихся бетонов, высокопрочных и специальных бетонов, широкое внедрение эффективных добавок и комплексных модификаторов бетона, всесторонне исследованных в специализированных НИИ и прошедших производственную проверку.
Современный бетон превращается, благодаря новым химическим добавкам, во все более сложный композиционный материал, свойства которого могут намного превосходить комбинацию свойств компонентов.Использование современных исследовательских и испытательных средств, систем мониторинга бетона с химическими и добавками - основной путь реализации не изменяющейся в течение десятилетий главной технологической задачи - изготовления изделий и конструкций из материала с прогнозируемыми свойствами при минимальных затратах сырьевых, трудовых и энергетических ресурсов. Освоение наукоемких технологий бетона - дело сегодняшнего и завтрашнего дня.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Блещик Н.П. Структурно-механические свойства и реология бетонной смеси и прессвакуум бетона. -Мн.: Наука и техника, 1977. -232 с.,ил.
2. Интернет-ресурсы :
http://www.bau-cc.ru BASF
http://www.allbeton.ru/article/338/18.html
http://www.bahbeton.com.ua/index.php?p=927
http://www.baucc.ru/index.php?option=com_banners&task=click&bid=3
http://best-stroy.ru/articles/r2/660/print
http://betony.ru/dobavki/
http://bi.zp.ua/tem/tem06.html
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/404159