Базовые принципы технологии изготовления самоуплотняющихся бетонов с использованием микрозаполнителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Базовые принципы технологии изготовления самоуплотняющихся бетонов с использованием микрозаполнителей

Исследованы вопросы взаимосвязи характеристик и принципиальных основ технологии изготовления самоуплотняющегося бетона. Показное, что перспективы совершенствования технологии самоуплотняющегося бетона в значительной мере определяются пониманием механизмов формирования структуры бетона с заданным уровнем свойств.

Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон; физико-химия; реология; высокодисперсные наполнители; микрокремнезем.

The basic principles of self-compacting concrete production technology using microaggregates

Abstract: The problems of the relationship characteristics and the fundamental principles of technology of self-condensed concrete. Pretense that the prospects for improving the technology of self-condensed concrete are largely determined by understanding the mechanisms of the concrete structure with a given level of properties.

Keywords: self-compacting concrete, physical-chemistry, rheology; highly dispersed fillers, silica fume

Цель работы - рассмотрение базовых технологических принципов изготовления самоуплотняющихся бетонов с использованием дискретных заполнителей.

Самоуплотняющийся бетон (СБ) создан сравнительно недавно и знаменует собой технологию нового поколения, при которой при изготовлении бетона не требуется вибрационное уплотнение [1]. Основное отличие СБ от бетонов предшествующих поколений состоит в управлении реологическими характеристиками смеси за счет применения специальных пластификаторов и дисперсных наполнителей.

Определяющим свойством таких смесей является их высокая удобоукладываемость, чему благоприятствует низкое предельное напряжение сдвига, необходимое для обеспечения высокой текучести смеси, и повышенная вязкость, способствующая связности смеси.

СБ относится к высококачественным, высокотехнологичным, высокофункциональным бетонам (High Performance Concrete, HPC), которые представляют собой многокомпонентные бетоны с особым комплексом свойств:

- высокая прочность, включая высокую раннюю прочность;

- высокое сопротивление истираемости;

- низкая проницаемость по отношению к воде и химическим ионам;

- низкая адсорбционная способность;

- низкий коэффициент диффузии ионов;

- высокая химическая стойкость;

- высокий модуль упругости,

- высокая морозостойкость;

- стабильность объема;

- бактерицидность и фунгицидность.

Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, характеризуются следующими свойствами: прочность на сжатие в возрасте двух суток 30 - 50 МПа, в возрасте 28 суток 60 - 150 МПа, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглощение менее 1 - 2 % по массе, истираемость не более 0,3 - 0,4 г / см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14 - 28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость.

Показано, что прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет, и даже в ряде случаев может составить 500 лет [2].

Появление таких бетонов позволило выполнять ранее неосуществимые проекты-небоскребы с каркасом из монолитного железобетона, железобетонные платформы для добычи нефти на океанических шельфах, большепролетные мосты и тоннели из преднапряженного железобетона между островами и материками, подземные «мини-города» и др.

Вместе с тем, возможности новых технологий СБ позволяют снизить эксплуатационные затраты и инвестиционные риски при возведении сложных инженерных объектов. В качестве конкретных примеров реализации концепции НРС можно указать на построенную в 1995 году в Норвегии платформу для добычи нефти на месторождении Тролл в Северном море. Ее полная высота - 472 метра, в том числе высота железобетонной части - 370 метров. Платформа установлена на участке моря глубиной более 300 метров и рассчитана на воздействие ураганного шторма с максимальной высотой волны 31,5 м. Расчетный срок эксплуатации платформы - 70 лет.

Еще один яркий пример - железобетонный мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 1990 метров (мировой рекорд 1990 года).

Научно-технологическая база создания СБ представлена тремя компонентами - пластификаторами, наполнителями и методами оптимизации состава СБ.

При изготовлении СБ применяются заполнители из дисперсной фазы в виде тонкомолотых, реологически-активных компонентов в смеси с цементом и суперпластификаторами нового поколения.

Суперпластификаторы -- это полиэлектролиты органического состава, основная функция которых заключается в достижении однородности структурного и химического состава бетонной смеси. Их вводят в бетонную смесь для управления технологическими характеристиками смеси и получения высокотекучих бетонных смесей с низким водоцементным отношением, обладающих необходимой когезией и нерасслаиваемостью.

Поликарбоксилат - один из наиболее распространенных суперпластификаторов. Он представляет собой высокоэффективный комплексный химический модификатор, появившийся в 1990-х годах и обозначаемый PC или PCE. Его действие основано на совокупности электростатического и пространственного эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира.

Механизм действия суперпластификатора из поликарбоксилата заключается в том, что его частицы адсорбируются на поверхности цементных зерен и сообщают им отрицательный заряд. В результате цементные зерна взаимно отталкиваются и приводят в движение цементный раствор (рис. 1). При этом небольшая часть цементного зерна покрыта полимером, и свободной поверхности флокулы цемента достаточно для доступа воды и протекания реакции гидратации. Поскольку структуры полимеров различаются по морфологии и длине основной цепи, длине боковых цепей, количеству боковых цепей и ионному заряду, то свойствами данных полимеров можно управлять, изменяя молекулярную структуру и направленно воздействуя на свойства бетона.

Рисунок 1. Механизм действия добавки поликарбоксилата

органический бетон дискретный

Микрозаполнители.

В качестве микрозаполниттелей СБ применяют микрокремнезем, метакаолин, циолиты, молотый известняк, золы уноса и др., причем микрокремнезем и метакаолин относятся к числу наиболее перспективных.

В СБ каменная мука может заменяться на 10-20% и более дисперсными добавками микрокремнезема, метакаолина и т.п.

Большое значение имеет распределение дискретной фазы по размерам, так в [4] отмечается, что необходимо иметь тонкий песок фракции 0,1-0,6ч0,1-0,4 мм, который, в смеси с цементом и суперпластификатором, способствует достижению требуемых вязкостных и реологических характеристик.

В [4] предложена топологическая структура, в которой существенно увеличивается объем реологической составляющей в бетонных смесях, обеспечивающий их пластичность и растекаемость.

В топологической структуре щебеночных бетонов выделяются три реологические матрицы, отличающиеся содержанием в их объеме высокодисперсных, тонкозернистых наполнителей и мелкого и крупного заполнителя (рис. 2 а, б):

- основная высокодисперсная реологическая матрица I рода состоит из высокодисперсных частиц цемента, молотого наполнителя и микрокремнезема;

- реологическая матрица II рода состоит из матрицы первого рода и тонкого песка;

- реологическая матрица III рода состоит из матрицы II рода и среднего или крупного песков.

Существенный интерес представляет исследование микроструктуры бетонных смесей, содержащих суперпластификатора и микрозаполнители.

Представляется, что изучение уровня однородности микроструктуры жидких смесей с целью установления возможного наличия областей повышенной плотности (сгустков) может стать одной из перспективных задач по совершенствованию СБ.

На рис. 2 представлены данные по составам бетонов старого поколения (а) и нового поколения (б), их прочности и консистенции бетонных смесей. Из рис. 2 видно, что прочность бетона, изготовленного по новой технологии в два раза выше, чем у бетона старого поколения.

Рисунок 2. Составы бетонов старого поколения (а) и нового поколения (б), их прочность и консистенция бетонных смесей

V - объем; Vц- объем песка; Vщ- объем щебня; Vв- объем воды; Ц - масса цемента; Пм- масса молотого песка; Пт- масса тонкого песка; Пз- масса песка- заполнителя; Rсж - прочность на сжатие; ЦRуд- удельный расход цемента;

Третий технологический фактор при создании СБ - методы оптимизации состава, табл.

Таблица Преимущества и недостатки методов оптимизации состава СБ [5]

Анализ методов оптимизации показывает, что пока еще преобладают эмпирические подходы, что связано со сравнительно малым сроком существования технологии СБ и сложностью объекта исследования.

Выводы:

1.Научно- технологическая основа СБ состоит в сочетание трех факторов- применение суперпластификаторов, микрозаполнителей и методов оптимизации состава.

2. Среди различных подходов к проблеме совершенствования технологии СБ особый интерес представляет разработка механизмов формирования структуры и свойств материала с исследованием структурных характеристик жидкофазных и твердофазных состояний.

Литература

1. Е. В. Сахошко, Н. М. Зайченко самоуплотняющийся бетон в современном монолитном домостроении Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури, випуск 2009 1(75)- с. 111 - 116.

2. В. Р. Фаликман Новые эффективные высокофункциональные бетоны. Бетон и Железобетон 2011/ c. 78- 84

3. С. М. Базанов, М. В. Торопова. Самоуплотняющийся бетон - эффективный инструмент в решении задач строительства. http://www.ibeton.ru/category/stati

2008

4. В.И. Калашников Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения // Бетон и железобетон. Оборудование, материалы, технологии. С. -Петербург: из-во «Славутич». №1. 2012. С.54-61.

5. Коваль С.В., Поляков Д.М. Циак М., Ситарски М. Пути создания самоуплотнящихся бетонов. Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць (будівництво) / Державне підприємство «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій» Міністерства регіонального розвитку та будівництва України. - Вип. 72. - Київ, ДП НДІБК, 2009. c. 232-238

Размещено на Allbest.ru