Шейнфельд А.В., Батудаева А.В. Морозостойкость и

А.В.Шейнфельд, А.В.Батудаева (г.Москва, Россия)
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ
ИЗ ВЫСОКОПОДВИЖНЫХ СМЕСЕЙ
В
большинстве
температурами
в
регионов
зимний
России
период
с
низкими
отрицательными
долговечность
железобетонных
конструкций ассоциируется, прежде всего, с морозостойкостью. Это
особенно касается транспортных сооружений и конструкций, которые
подвергаются циклическому замораживанию и оттаиванию при воздействии
морской воды или солей – антиобледенителей.
В
этой
статье
рассматриваются
вопросы
морозосолестойкости высокопрочных бетонов
морозостойкости
и
из высокоподвижных
и
литых смесей на основе комплексных органо-минеральных модификаторов
серии
МБ,
содержащих
в
своем
составе
микрокремнезем
и
суперпластификатор.
Известно, что обеспечение морозостойкости связано с применением
структурообразующих добавок, действие которых основано на создании в
структуре бетона системы мелких условно-замкнутых пор (УЗП). При этом
важную роль играют суммарный объем пор (А), их численное содержание в
единице объема (α0) и
«фактор расстояния» (L), который является
величиной, равной половине наибольшего расстояния между соседними
порами [2,3].
Было проведено исследование влияния комплекса микрокремнезем суперпластификатор – структурообразующая добавка
в мелкозернистых
бетонах состава (Ц+МК) : П = 1 : 2 с постоянным количеством воды,
В/(Ц+МК) = 0,38 на параметры условно-замкнутой пористости, а также на
морозостойкость и морозосолестойкость мелкозернистого бетона.
Применялись
Волховского
следующие
завода,
материалы:
кварцевый
песок
портландцемент
Мкр=1,4,
М500
Д0
микрокремнезем
2
конденсированный
марки
МК-85,
суперпластификатор
С-3
и
воздухововлекающая добавка ППФ (продукт переработки фитостерина).
Испытания на морозостойкость проводились при замораживании
на воздухе при t = -500С и оттаивании в воде при t = +180С. Испытания
на морозосолестойкость проводились при замораживании в 5% растворе
NaCl при t = -500С и оттаивании в 5% растворе NaCl при t = +180С.
Стойкость образцов (4416 см) оценивалась по количеству циклов
замораживания и оттаивания при которых относительные деформации () не
превышали 0,1%, а потеря массы (М) не превышала 3%.
Параметры условно-замкнутой пористости определялись линейным
методом по аншлифам с помощью микроскопа в отраженном свете при
увеличении в 75 раз [2].
Состав и свойства мелкозернистых бетонов, а также параметры условнозамкнутой пористости, приведены в табл.1 и на рис.1 и 2.
Таблица 1
Состав и свойства мелкозернистых бетонов
Дозировки основных
№ компонентов системы *
№
Ц,
кг
МК-85,
%Ц
ППФ,
% (Ц + МК)
1
2
3
4
5
6
450
450
450
450
450
450
0
5
10
10
10
15
0,250
0,250
0
0,0125
0,250
0,250
Параметры УЗП
А,
%
10,4
9,3
8,5
9,8
10,5
9,2
α0,
мм-1
26,2
23,8
19,0
25,1
24,5
27,2
L,
мм
0,163
0,190
0,249
0,175
0,174
0,166
Морозостой
кость, циклы
Морозосолестойкость,
циклы
175
200
22
180
215
230
15
20
22
24
25
66
-----------------------------------------------Дозировка СП С-3 во всех составах составляла 0,7% от массы (Ц+МК)
Морозосолестойкость,
циклов
Морозостойкость,
циклов
300
50
200
30
100
10
0
0,0125
0,025
Дозировка воздухововлекающей добавки ППФ, % от массы (Ц+МК)
морозостойкость
морозосолестойкость
3
Рис.1. Влияние количества воздухововлекающей добавки на морозостойкость
и морозосолестойкость при постоянной дозировке микрокремнезема
(дозировка МК=10% Ц)
300
50
200
30
100
10
Морозосолестойкость,
циклов
Морозостойкость,
циклов
70
0
5
10
15
Дозировка микрокремнезема, % от массы цемента
морозостойкость
морозосолестойкость
Рис.2. Влияние количества микрокремнезема на морозостойкость и морозосолестойкость при постоянной дозировке воздухововлекающей добавки ППФ
[дозировка ППФ=0,025% (Ц+МК)]
Полученные
данные
позволяют
выявить
следующие
основные
тенденции:
-
введение в цементную систему структурообразующей добавки,
независимо от содержания микрокремнезема, изменяет параметры условнозамкнутой пористости, повышая концентрацию мелких пор и уменьшая
значение фактора расстояния между ними (табл.1);
-
с увеличением дозировки структурообразующей добавки от 0 до
0,025% от массы Ц при стабильном содержании микрокремнезема (10% от
массы Ц) морозостойкость повышается от 22 до 180-215 циклов, однако
морозосолестойкость находится в диапазоне 22-25 циклов и не зависит от
дозировки структурообразующей добавки (рис.1);
-
увеличение содержания микрокремнезема от 0 до 15 % от массы Ц
при стабильном содержании структурообразующей добавки (0,025% от
массы Ц) приводит к повышению морозосолестойкости от 15 до 66 циклов
особенно заметному при дозировках микрокремнезема 10-15% от массы Ц
(рис.2).
4
Можно предположить, что полученные результаты являются
следствием
благоприятного
воздействия
структурообразующих добавок
микрокремнезема
и
на дифференциальную и условно-
замкнутую пористость цементного камня [2, 4, 5, 11].
Основываясь на полученных результатах морозостойкости и
морозосолестойкости
мелкозернистых
бетонов
с
комплексом
микрокремнезем - суперпластификатор воздухововлекающая добавка,
были разработаны высокопрочные тяжелые бетоны классов В45-В60 из
высокоподвижных смесей, содержащих органоминеральный модификатор
МБ-О 1 и структурообразующие добавки.
Бетоны
класса
В45-В60
изготавливались
с
использованием
структурообразующих добавок: смолы неомыленной воздухововлекающей
(СНВ) в количестве (0,0100,036)% от массы вяжущего (Ц + МБ) или
газообразующей кремнийорганической эмульсии 50% концентрации
полигидросилоксанового типа (КЭ 30-04) в количестве (0,10-0,18)% от
массы вяжущего (Ц+МБ). Были использованы цементы марок М500 Д0,
расход которых находился в пределах 450-500 кг/м3. Модификатор марки
МБ 10-01 вводился в состав бетонных смесей в количестве 10-15,5% от
массы цемента, водовяжущее отношение В/(Ц+МБ) находилось в пределах
от 0,26 до 0,30. Бетонные смеси имели марку по удобоукладываемости П4П5 (ОК = 18-22 см), и отличались от обычных смесей повышенной
связностью, нерасслаиваемостью, стабильной во времени консистенцией и
ярко выраженной тиксотропностью [10].
Испытания
таких
бетонов
на
морозостойкость
и
морозосолестойкость проводились по 2-му и 3-му методам ГОСТ 10060. За
критерий оценки стойкости бетонов было принято число циклов
замораживания-оттаивания, при которых относительная прочность бетона
на сжатие составляла не менее 95% прочности контрольных образцов.
В
результате
проведенных
исследований
были
выбраны
5
оптимальные
которые
дозировки
позволяют
указанных
получать
структурообразующих
морозостойкие
и
добавок,
морозосолестойкие
высокопрочные бетоны с модификатором МБ 10-01. Для добавки СНВ
оптимальная дозировка колеблется от 0,010% до 0,015% от массы
вяжущего (Ц + МБ), для эмульсии КЭ 30-04 от 0,5 кг/м3 до 0,6 кг/м3.
Отметим, что вышеуказанные дозировки структурообразующих добавок,
обеспечивают необходимый для повышения морозостойкости уровень
вовлечения в бетонную смесь воздуха 4-6% или образования газа 3-4% при
содержании МБ 10-01 в системе в количестве 10-15% от массы цемента
[4].
Проанализированные и обобщенные результаты испытаний тяжелых
бетонов, изготовленных с модификатором МБ 10-01 и оптимальными
дозировками структурообразующих добавок, на морозостойкость и
морозосолестойкость представлены на рис.3. Они свидетельствуют о том,
что наибольшей морозостойкостью и морозосолестойкостью обладают
модифицированные бетоны с МБ 10-01, в состав которых введена
кремнийорганическая эмульсия КЭ 30-04. Это объясняется, с одной стороны, образованием благоприятной условно-замкнутой пористости, а с
другой - мозаичной гидрофобизацией стенок пор и капилляров [3].
Несколько уступают им бетоны, изготовленные с воздухововлекающей
добавкой СНВ, которая способствуют образованию системы мелких
условно-замкнутых пор в структуре бетона [2,3].
Комплекс,
проведенных
исследований
по
изучению
морозостойкости и морозосолестойкости мелкозернистых и тяжелых
высокопрочных бетонов, позволяет сделать следующие выводы:
-
повышение
морозостойкости
и
морозосолестойкости
модифицированных высокопрочных бетонов связано с существенным
снижением проницаемости цементного камня за счет присутствия в
системе микрокремнезема и обеспечением благоприятной условно-
6
замкнутой пористости за счет введения в систему структурообразующих
добавок;
-
за
счет
применения
структурообразующих
воздухововлекающего
бетоны
классов
модификатора
добавок
действия
В45-В60
МБ
10-01
и
газообразующего
или
высокопрочные
тяжелые
получены
(прочность
бетона
на
сжатие
60-80
МПа),
морозостойкостью 800-1000 циклов и морозосолестойкостью более 400
циклов (марка F400 для дорожного бетона) из высокоподвижных
бетонных смесей.
а)
Относительня прочность, %
110
КЭ 30-04=0,1%
100
СНВ=0,15%
95
90
без
структурообразующих
добавок
80
0
100
200
400
300
Число циклов замораживания-оттаивания
б)
Относительня прочность, %
110
КЭ 30-04=0,1%
100
СНВ=0,15%
95
90
80
0
без
структурообразующих
добавок
10
20
30
40
50
60
Число циклов замораживания-оттаивания
Рис.3. Влияние вида структурообразующей добавки на морозосолестойкость
7
высокопрочных бетонов классов В45-В60 с модификатором МБ-01
а – испытания по 2-му методу ГОСТ 10060. Замораживание на воздухе
при t = -20оС, оттаивание в 5%-ном растворе NaCl при t = +18оС.
б – испытания по 3-му методу ГОСТ 10060. Замораживание 5%-ном растворе
NaCl при t = -50оС, оттаивание в 5%-ном растворе NaCl при t = +18оС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд А.В. Модифицированные
бетоны нового поколения: реальность и перспектива. // Бетон и
железобетон. № 6, 1999.
2. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений
крайнего Севера. - Л., Стройиздат, 1983.
3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. - М., 1998.
4. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Силина Е.С., Жигулев Н.Ф., Борыгин
С.Т. Высокопрочные бетоны повышенной морозосолестойкости с
органоминеральным модификатором. // Транспортное строительство № 11,
2000.
5. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кривобородов Ю.Р. Влияние cтpyкrypы
цементного камня с добавками микрокремнезема и суперnластификатора
на cвoйства бетона. // Бетон и железобетон № 7, 1992.
6. Silica Fume in соncrete. State of Аrt report, FIP, Thomas Telford Ltd, London,
1988.
7. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Батраков В.Г. Комплексные
модификатор бетона марки МБ-01. /// Бетон и железобетон № 5, 1997.
8. Смирнов Н.В., Антонов Е.А., Дмитриев А.И. и др. Перспективы
применения бетонов с высокими эксплуатационными свойствам в
отечественном
транспортном
строительстве.
//
Транспортное
строительство № 12, 1998.
9. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В. Бетоны нового поколения повышенной
коррозионной стойкости. // Материалы международной конференции
«Долговечность и зашита конструкций от коррозии» 25-27 мая 1999.
10.Силииа Е.С., Шейнфельд А.В., Жигулев Н.Ф. и др. Свойства бетонных
смесей с модификатором бетона МБ-01. // Бетон и железобетон № 1, 2000.
11.Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Коррозионностойкие бетоны особо малой
проницаемости. // Бетон и железобетон № 1, 1998.