Влияние противоморозных добавок на свойства бетонов, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости и коррозионной стойкости (F500 W16)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние противоморозных добавок на свойства бетонов, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости и коррозионной стойкости (F500 W16)

Колесниченко Анна Сергеевна, студент Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Аннотация

В данной статье рассказывается о новом поколении противоморозных добавок, положительно влияющих на свойства и долговечность бетона и эффективно работающих в условиях отрицательных температур. В статье уделяется внимание зимнему бетонированию, поскольку оно в строительстве играет особую роль, требующую, как правило, значительных приемов для того, чтобы темпы возведения монолитных конструкций не усложнялись условиями, создаваемыми погодой в самые холодные периоды года.

Ключевые слова: противоморозные химические добавки, морозостойкость, коррозийная стойкость, водонепроницаемость, зимнее бетонирование, гидратация цемента, поры, марка бетона.

Abstract

This article describes a new generation of antifreeze additive positive effect on the properties and durability of concrete and efficient performance in terms of low temperatures. The article focuses on winter concreting, because it plays in the construction of the special role that requires, as a rule, large receptions to pace the construction of monolithic structures as not to complicate the conditions created by the weather during the coldest periods of the year.

Keywords: antifreeze chemical additives, frost resistance, corrosion resistance, water resistance, winter concreting, cement hydration, pores, grade of concrete.

В настоящее время потребность в возведении зданий и сооружений различного назначения значительно возросла, что не позволяет прерывать строительство, в том числе на зимнее время, когда низкая температура воздуха значительно снижает скорость твердения бетона. Этим обусловлена актуальность темы исследования.

Объект данного исследования - бетонирование в условиях зимы.

Предметом нашего исследования являются противоморозные добавки в строительные смеси. Одним из технологически простых и экономически выгодных на данный момент способов зимнего бетонирования является введение в бетонные смеси противоморозных химических добавок, способствующих нормальному протеканию процессов гидратации цемента.

Цель исследования - выявление влияния противоморозных добавок на свойства бетонов, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости и коррозионной стойкости (f500 w16).

Под действием низких температур строительные материалы разрушаются, так как вода, которая проникает в структуру материала через пустоты и поры, замерзает и расширяется, таким образом, материал теряет свою несущую способность.

Большое влияние на морозостойкость бетона оказывает водоцементное отношение: чем оно выше, тем ниже морозостойкость бетона. Зависимость F=f(В/Ц) используется при проектировании состава гидротехнического бетона для определения В/Ц по заданной морозостойкости бетона.

Основная задача зимнего бетонирования - увеличение морозостойкости. Данную проблему можно решить с помощью противоморозных добавок в бетон (ПМД), именно поэтому они заняли важное место среди других химических добавок в бетон. При температуре от +50°С и до -300°С необходимо использовать противоморозную добавку.

Выявим действие противоморозных добавок на бетон марки F500 W16. Добавка проникает в сам материал, увеличивая при этом его прочность, за счет уменьшения пор и пустот, через которые проникает влага.

Сам бетон имеет небольшую морозостойкость, но при добавлении противоморозной добавки морозостойкость увеличивается, а, следовательно, и срок службы бетонных сооружений.

Марка бетона по морозостойкости F определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания на протяжении 28 суток в насыщенном водой состоянии, при этом допускается снижение прочности бетона на сжатие более чем на 15%.

Цикл замораживания и оттаивания - это изменение термического состояния бетона, которое сопровождается фазовым переходом жидкости (вода - лед) в порах бетона.

Марку бетона по водонепроницаемости W принимают по наибольшему давлению воды, при котором еще не наблюдается ее просачивание. Эта характеристика назначается в зависимости от градиента напора, определяемого как отношение максимального напора к толщине конструкции, а также от температуры контактирующей с сооружением воды.

Коррозионная стойкость бетона в значительной степени определяется количеством макропор, условный радиус которых более 10-5 см, так как более мелкие поры практически непроницаемы для воды. В цементном камне подобные поры занимают 10-20% общей пористости.

К бетону марки F500 W16 предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости и коррозионной стойкости.

В зависимости от областей применения ПМД можно разделить на две основные группы:

1. Добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и принадлежащие к числу либо слабых электролитов, либо замедлителей схватывания и твердения цемента. К ним относятся некоторые сильные электролиты, например, нитрит натрия, хлорид натрия, слабые электролиты, такие, как водные растворы аммиака, неэлектролиты, вещества органического происхождения, например, многоатомные спирты и карбамид.

2. Добавки, совмещающие в себе способность к сильному ускорению процессов схватывания и твердения цементов с хорошими антифризными свойствами. К ним относятся поташ, добавки на основе хлорида кальция (смеси хлорида кальция с хлоридом натрия), нитритом натрия, нитрит-нитратом кальция и многие другие.

Кроме указанных основных двух групп противоморозных добавок, в некоторых случаях используют вещества со слабыми антифризными свойствами, но которые относятся к сильным ускорителям схватывания и твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси.

На выбор противоморозной добавки в процессе приготовления бетонной смеси влияют несколько факторов:

-- регулирование сохраняемости модифицированных бетонных смесей при отрицательных температурах;

-- реологические свойства бетонной смеси;

-- ускорение процесса гидратации цемента в бетоне;

-- снижение точки замерзания воды в бетонной смеси;

-- коррозионная стойкость бетона по отношению к арматуре;

-- тепловой эффект гидратации цемента;

-- щелочная коррозия заполнителя в бетоне;

-- сульфатостойкость бетона;

-- физико-механические показатели бетона.

Помимо этого, выбор добавки осуществляется в зависимости от вида производимых изделий и составляющих их материалов. Практика показывает, что большинство добавок, применяемых при зимнем бетонировании, позволяют обеспечить далеко не все требования производителей бетона.

Рассмотрим наиболее известные противоморозные компоненты с точки зрения набора прочности бетона и изменения реологии бетонной смеси. Результаты приведены на рисунке 1:

Рис.1. Набор прочности бетона в возрасте 28 суток хранения с противоморозными добавками при н.у. и при t = -25°С

Отсутствие прочностного прироста у бетона, c добавлением монокомпонентных ПМД, связано с количеством воды затворения в бетонной смеси. Поэтому целесообразно применять модификаторы противоморозного действия в сочетании их с пластификаторами и суперпластификаторами. В связи с тем, что процессы гидратации цемента после укладки бетонной смеси в течение длительного срока протекают при пониженной температуре, бетон твердеет медленно, и улучшение его прочностных показателей выявляется часто только после оттаивания.

Применение противоморозных компонентов совместно с суперпластификаторами не всегда бывает оправдано. Так, например, комплекс «Формиат натрия + «Полипласт СП-1» обеспечивает увеличение марочной прочности бетона, но проявляет низкую активность твердения в условиях низких температур. Этот факт подтверждает несостоятельность формиатов с точки зрения интенсивности набора прочности при температурах ниже минус 150°С.

Противоморозные смеси, содержащие в своем составе хлориды, приводят к снижению марочной прочности бетона. Нитрит натрия, применяемый совместно с суперпластификатором, позволил обеспечить запас в проектном возрасте, обеспечивая замедленный темп твердении при низкой температуре. Введение пластифицирующего комплекса с добавкой поташа незначительно повысило сохраняемость бетонной смеси, однако обеспечение заданной подвижности стало возможным только при увеличении значения водоцементного отношения. Максимальные прочностные характеристики образцов получены с комплексными добавками «Криопласт П25-1» и «Криопласт СП25-2». Введение этих добавок привело к увеличению класса бетона по прочности, а также к ускоренному темпу твердения при отрицательных температурах.

Противоморозные добавки по-разному влияют и на сульфатостойкость бетона. Так, соли кальция, вступающие с алюминатными фазами цемента и цементного камня в реакции присоединения с образованием двойных солей, снижают сульфатостойкость, а соли щелочных металлов (поташ, нитрит натрия), участвующие в реакциях обмена, повышают ее. Таким образом, действие ПМД на сульфатостойкость бетона часто противоположно их влиянию на его морозостойкость. Поверхностно-активные вещества - пластификаторы, суперпластификаторы и воздухововлекающие добавки - способствуют повышению сульфатостойкости бетона.

Применение противоморозных модификаторов оказывает влияние на сроки схватывания цемента и кинетику сохраняемости бетонной смеси, что в значительной степени определяет структуру и технические свойства бетонов. Такие часто применяемые добавки как хлорид кальция и комплексы на его основе, а также поташ значительно сокращают сроки схватывания цемента, это нередко делает их применение затруднительным, особенно при необходимости транспортирования бетонной смеси на большие расстояния. Поэтому даже при низкой температуре их применяют только совместно с замедлителями схватывания.

Продолжая исследование влияния ПМД, также необходимо отметить особенности использования электролитов. Следует иметь в виду, что их применение может оказать такое негативное влияние, как коррозия арматуры и закладных деталей. Это характерно для хлористых солей.

Согласно испытаниям добавок серии «Криопласт», которые были в лаборатории ЖБК НИИЖБ, компоненты подобраны в оптимальном соотношении и имеют суммарное содержание коррозионно-активных ионов хлора не более 0,1%, что разрешает их применение в конструкциях с напрягаемой арматурой, а низкое содержание сульфата натрия не оказывает влияния на образование высолов.

Области применения противоморозных добавок, их выбор в зависимости от типа и условий эксплуатации конструкций, осуществляется в соответствии с требованиями нормативных документов. Производство бетонных работ при низких температурах, вне зависимости от вида применяемых добавок должно осуществляться с соблюдением правил, регламентированных СНиП 3.03.01-87 и согласно рекомендациям НИИЖБ по зимнему бетонированию. В частности, приготовление бетонной смеси следует производить в обогреваемых бетоносмесительных установках, с применением подогретой воды, оттаянные или подогретые заполнители, обеспечивающие получение бетонной смеси с температурой, не ниже требуемой по расчету. Допускается применение не отогретых сухих заполнителей, не содержащих наледи на зернах и смерзшихся комьев. При этом продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть увеличена не менее чем на 25% по сравнению с летними условиями. Обязательна также непрерывность процесса укладки бетонной смеси, в ином случае необходимо утеплять поверхность бетона или обогревать ее.

Высокие требования к качеству проведения бетонных работ, особенно в зимний период, создают необходимость оптимизировать производственные процессы, привлекая новые технологии. В связи с многообразием ассортимента противоморозных модификаторов на рынке строительной химии со стороны изготовителей бетона существует потребность в универсальных добавках широкого спектра действия, отвечающих требованиям к производству современных строительных изделий и конструкций.

Исследование влияния противоморозных добавок на свойства бетонов, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости и коррозионной стойкости (F500 W16), позволило прийти к следующим выводам: под действием низких температур вода, которая проникает в структуру материала через пустоты и поры, замерзает и расширяется, таким образом, бетон теряет свою несущую способность. Чтобы этого избежать используют противоморозные добавки в бетон. ПМД способствуют нормальному протеканию процессов гидратации цемента за счет того, что они проникают в сам материал, увеличивая при этом его прочность, за счет уменьшения пор и пустот, через которые проникает влага.

противоморозный добавка бетон

Список литературы

1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. - М.: Стройиздат, 1990. - С.10-58.

2. Сычев А.А. Применение физико-механических методов при исследовании эффективности модификации цементных композиций /А.А. Сычев, А.Т. Кузнецов // В сборнике трудов Восьмых академических Чтений РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения» 20-24 сентября 2004 года в Самарском государственном архитектурно-строительном университете (СГАСУ). -- Самара, 2004 г., С.493-495.

3. Коррозионная стойкость - бетон // Большая Энциклопедия Нефти Газа.

4. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. - М.: Стройиздат 1973. - 207 с.

5. Руководство по применению бетонов с противоморозными добавками НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1976. - 80 с.

6. Грапп А.А., Грапп В.Б. Структура и морозостойкость бетонов с противоморозными добавками//Второй Международный симпозиум по зимнему бетонированию.-- М.: Стройиздат, 1975.-- С. 60-- 68.

7. Сычев А.А. Серосодержащие отходы при первичной защите бетонов / А.А. Сычев, А.Т.Кузнецов //В сборнике трудов «Долговечность строительных конструкций, Теория и практика защиты от коррозии». Москва.: Центр экономики и маркетинга, 2002г. С. 214-216.

8. Окороков С.Д., Парийскин А.А. Тепловыделение бетона в условиях зимнего бетонировання//Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию.-- М.: Стройиздат, 1975.--С. 130--139.

9. СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции. Строительные нормы и правила».

10. Руководство по применению бетонов с противоморозными добавками.-- М.: Стройиздат, 1978.

11. Технические требования к гидротехническому бетону.

12. Руководство по бетонированию фундаментов и коммуникаций в вечно-мерзлых грунтах с учетом твердения при отрицательных температурах. -- М.: Стройиздат, 1982.

13. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И., Кучеряева Г.Д. Комплексные добавки для бетона//Бетон и железобетон. -- 1981.--№ 9,--С. 9--10.

14. Лагойда А.В., Рубанов А.В. Повышение качества при беспрогревном производстве бетонных работ//Повышение качества строительства зданий и сооружений в зимних условиях. -- М.: Знание, МДНТП, 1987.--С. 83-- 90.

15. Изотов В.С. Химические добавки для модификации бетона. - М.: Палеотит, 2006. -- 244 с.

16. Афанасьев А.А. Бетонные работы -М.: Высш. Шк., 1991.

17. Лунев Ю.В. Технология зимнего бетонирования фундаментных плит и стыков сборных строительных конструкций. - Новосибирск, 2007. - 140 с.

18. Каплан А.С. Структура и морозостойкость бетонов. - М.: Стройиздат, 1999. - 165 с.

Размещено на Allbest.ru