Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ВЛИЯНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО МОДИФИКАТОРА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Ткач Е.В. 1 Рахимов М.А. 2 оимбаева Б.М. 2 Рахимова Г.М. 2
1 ФГБО ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва
2 Карагандинский государственный технический университет, Караганда
Показана возможность повышения комплекса физико-технических свойств бетонной смеси и бетона при использовании органоминерального модификатора, который существенно влияет на физико-химические процессы твердения вяжущих. Были определены оптимальные составы органоминерального модификатора. Для получения модификатора используются различные органические и неорганические соединения. Для исследования влияния гидрофобизирующего органоминерального модификатора на качество цементных материалов были проведены сравнительные опыты с суперпластификатором и гидрофобно-пластифицирующей добавкой. Анализ результатов показал, что прочность бетона с органоминеральным модификатором выше в 1,7–1,8 раза в сравнении с бетоном без добавок и на 50 % выше со сравниваемым бетоном с другими модификаторами. Высокая призменная прочность бетона с органоминеральным модификатором (она превышает более чем в 1,5 раза состав бетона без модификатора) указывает на высокую трещиностойкость.
бетон
бетонная смесь
органоминеральный модификатор
суперпластификатор
гидрофобно-пластифицирующая добавка
деформативные свойства
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Изд-во «АСВ», 2002. - 500 с.
2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - 2-е изд., перераб. и доп. - М., 1998. - 768 с.
3. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведе- ния, - СПб.: Стройбетон, 2006. - С. 511-547.
4. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И., Кучеряева Г.Д. Комплексные добавки для бетона // Бетон и железобетон. - 1981. - №. 9. - С. 9-10.
5. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цемента, растворов и бетонов. - М., 1979. - 141 с.

Одним из наиболее перспективных направлений технического прогресса в технологии бетона является формирование благоприятной структуры цементного камня, позволяющее значительно повысить его стойкость и улучшить комплекс физико-технических свойств бетона с помощью различных химических модификаторов, которые при введении в малых количествах существенно влияют на физико-химические процессы твердения вяжущих, технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства бетона [1].

Наиболее широко в технологии бетона применяются модификаторы структурирующего, пластифицирующего действия, регуляторы твердения бетона, а также комплексные модификаторы полифункционального действия. В состав комплексных модификаторов могут входить активные и малоактивные компоненты типа высокодисперсного микрокремнезема, золы-уноса и некоторые другие, позволяющие существенно улучшить технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства бетонов [2].

Еще больше повышает актуальность применения модификаторов возможность утилизировать многотоннажные неорганические отходы производства. Особая роль в этом плане принадлежит ультрадисперсным наполнителям, содержащим кремнезем. На их основе можно получить комплексные порошкообразные модификаторы полифункционального действия [4].

В этой связи особый интерес представляют модификаторы, содержащие гидрофобизирующие ингредиенты, которые в составе многокомпонентных добавок обеспечивают регулирование конструктивных и деструктивных процессов в цементных материалах во времени (в период эксплуатации) [5].

В наших исследованиях сделан упор на разработку составов модификаторов, которые обладают пролонгированным действием в направлении регулирования процессов формирования стабильной макро- и микроструктуры, массообмена, самозалечивания цементного камня, эксплуатируемого в тяжелых условиях.

В основе назначения ингредиентов модификатора были использованы работы ученых стран СНГ и дальнего зарубежья, а также опыт, накопленный школой М.И. Хигеровича и его учениками. Для приготовления органоминерального модификатора ОМД-М в качестве ингредиентов применяли различные органические и неорганические соединения: гидрофобизатор - синтетические жирные кислоты (СЖК), пластификатор - технические лигносульфонаты (ЛСТ), трегер (носитель) - зола-унос ТЭС. В качестве высокоактивного минерального ингредиента применяли ультрадисперсные отходы производства ферросплавов, так называемый микрокремнезем (МК) [3].

Были определены составы органоминеральных модификаторов (табл. 1).

Таблица 1 Состав модификатора ОМД-М

Массовая доля компонентов в составе, % (в пересчете на безводные продукты)

Технические лигносульфонаты

Синтетические жирные кислоты (СЖК)

Тиосульфат натрия

Зола-унос

Микрокремнезем

Вода

0,15

0,15

3,00

15

20

Остальное

Для исследования влияния гидрофобизирующего органоминерального модификатора ОМД-М на качество цементных материалов, нами были проведены опыты с достаточно изученнными суперпластификатором С-3 и известной гидрофобизирующей добавкой ГПД.

Опытным путем определили зависимость прочности бетона от дозировки гидрофобизирующего органоминерального модификатора при В/Ц = 0,4 и установили оптимальную дозировку органоминерального модификатора ОМД-М - 12...13 % от массы цемента, С-3 (суперпластификатора) и ГПД (гидрофобно-пластифицирующей добавки) - соответственно 0,4 и 0,3 %.

При оптимальных дозировках модификатора ОМД-М нормальная густота цементных паст составила 22 и 24 % (цементной пасты без модификаторов - 26 %).

Результаты показывают, что модификатор ОМД-М улучшает реологические свойства цементных паст благодаря умеренному структурирующему действию на цементные системы синтетических жирных кислот (СЖК).

Исходя из приведенных пошаговых целевых индикаторов качества бетона, нами были проведены исследования основных физико-технических свойств цементного камня, бетонных смесей и бетона, приготовленного с использованием органоминерального модификатора типа ОМД-М. Известно, что поведение бетона в конструкциях в значительной мере определяется его упруго-пластическими деформациями.

Деформации бетона возникают при твердении, эксплуатации и испытании бетона. Величина деформаций и характер их развития обусловливают объемно-напряженное состояние бетона и зависят от особенностей нагружения бетона в конструкциях, его структуры и состава, свойств отдельных компонентов, действия окружающей среды.

В данной работе проведены исследования физико-механических свойств бетона без добавок и с модификаторами, которые проводились на образцах как нормального твердения, так и прошедших тепловлажностную обработку по оптимальным режимам (см. табл. 1). В экспериментах использованы три состава бетона: 1 - эталонный, без добавок; 2 - с модификатором 12 % ОМД-М (модифицированная органоминеральная добавка); 3 - 0,3 % ГПД (гидрофобно-пластифицирующая добавка) плюс 3 % ТСН (тиосульфат натрия) % и 4 - 0,4 % С-3 (суперпластификатор) плюс 4 % ТСН. Исследования деформативных свойств тяжелых бетонов с комплексными гидрофобизирующими модификаторами проведены в соответствии с методическими рекомендациями НИИЖБа. Испытывали по шесть образцов каждой серии (возраст образцов - 90 сут). Ступени нагружения приняты равными 0,1 Rpaзp. На каждой ступени делали выдержку, необходимую для снятия отсчетов по приборам. На боковых гранях призм устанавливали искательные головки ультразвукового прибора УКБ-1, с помощью которого фиксировали микроразрушения бетона. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица 2 Лабораторные составы бетонных смесей

№ пп

Марка модификатора бетона, дозировка модификатора, % масс.цемента

Состав бетонной смеси

ВЦ

Свойства бетонной смеси

Ц

П

Щ

ρ0, кгм3

Vвв, %

ОК, см

1.

Без модификатора

500

730

1100

0,51

2485

2,2

3-4

2.

12 % ОМД-М

500

730

1100

0,38

2580

2,8

3-4

3.

0,3 % ГПД плюс 3 % ТСН

500

730

1100

0,48

2570

3,0

3-4

4.

0,4 % С-3 плюс 4 % ТСН

500

730

1100

0,44

2550

3,2

3-4

Далее нами были проведены опыты по определению вязкости разрушения бетона. Результаты определения вязкости разрушения образцов приведены в табл. 3.

Таблица 3 Прочностные и деформативные свойства бетона

Модификатор, % от массы цемента

Прочность, МПа

Деформативные свойства

кубиковая

призменная

на растяжение при изгибе

модуль упругости Е·103 МПа

eус105

eполз105

1. Без модификатора (контрольный)

33,20

28,3

3,7

42,8

40,4

29,3

2. 12 % ОМД-М

61,40

45,2

6,80

50,4

37,3

31,3

3. 0,3 % ГПД плюс 3 % ТСН

39,16

33,6

5,30

47,8

39,6

32,3

4. 0,4 % С-3 плюс 4 % ТСН

41,2

35,4

5,46

48,5

38,4

33,1

Затем провели испытания бетона с различными модификаторами на усталостную прочность. Исследования проводились на пульсирующем прессе при нагружении в один миллион колебаний, результаты показаны в табл. 4.

Таблица 4 Значение вязкости разрушения бетонов в возрасте 28 суток

Номер состава

Вид добавки, дозировка, %

Прочность, МПа

Вязкость разрушения, Нм/м

Rкуб

Rпр

1.

Без добавок

33,2

28,3

3,52

2.

12 % ОМД-М

61,4

45,2

4,1

3.

0,3 % ГПД плюс 3 % ТСН

39,16

33,6

3,8

4.

0,4 % С-3 плюс

4 % ТСН

41,2

35,4

3,9

Анализ полученных данных, приведенных в табл. 3-5, показывает, что прочность бетона с модификатором ОМД-М выше в 1,7-1,8 раза в сравнении с бетоном без добавок и на 50 % выше со сравниваемым бетоном с модификатором С-3 плюс ТСН. Высокая призменная прочность бетона с модификатором ОМД-М (она превышает более чем в 1,5 раза состав бетона без модификатора) указывает, как следствие, на высокую трещиностойкость.

Улучшены деформативные свойства у бетона с модификатором ОМД-М, что, по сути, обеспечивает надежное сцепление цементного камня с компонентами бетона, а значит и железобетона (арматурной сталью). Известно, что способность бетона деформироваться во времени при длительном действии постоянной нагрузки называют ползучестью. Так вот, бетоны с модификатором ОМД-М также имеют лучший характер развития деформаций ползучести, в сравнении с бетоном без добавок и контрольными образцами. Полученные характеристики деформативных свойств указывают на возможность изготовлять бетонные и железобетонные изделия и конструкции высокой надежности и долговечности, в том числе и эффективные предварительно напряженные изделия (к минимуму сводится потеря напряжения бетона при улучшенных характеристиках деформативности бетона).

Таблица 5 Усталостная прочность бетона

Материал

Прочность бетона, МПа

Куст.п.

R28

Rд28

Без добавок

34,3

30,2

0,13

12 % ОМД-М

62,4

59,7

0,05

0,3 % ГПД плюс3 % ТСН

39,2

35,4

0,1

0,4 % С-3плюс 4 % ТСН

40,5

37,2

0,08

Примечание. Куст п - коэффициент усталостной прочности, определяемый по формуле:  где R28 - предел прочности бетона на сжатие в возрасте 28 суток; RД 28 - то же, после испытания на пульсирующем прессе.

Рецензенты:

  • Соловьев В.И., д.т.н., профессор, генеральный директор органа по подтверждению соответствия систем менеджмента «Euroasia MS», г. Алматы;
  • Удербаев С.С., д.т.н., зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» Кызылординского государственного университета имени Коркыт Ата, г. Кызылорда.

Работа поступила в редакцию 17.02.2012.


Библиографическая ссылка

Ткач Е.В., Рахимов М.А., оимбаева Б.М., Рахимова Г.М. ВЛИЯНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО МОДИФИКАТОРА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3-2. – С. 428-431;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29623 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074