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

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Кононова О.В. 1 Минаков Ю.А. 1 Грязина М.В. 1 Иванов Н.А. 1 Черепов В.Д. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Исследовано влияние комплексных противоморозных добавок на кинетику твердения образцов бетонов и растворов в течение 28 календарных дней в условиях естественного колебания отрицательных температур (–20 ± 10 °С). Исследования выполнены на пластичных бетонных смесях с подвижностью 1…4 см и растворных смесях с подвижностью 6…8 см. Установлено, что в этих условиях набора прочности образцов с противоморозными добавками не происходит. Дальнейшее твердение образцов продолжалось 28 календарных дней при температуре + 18 ± 2 °С. Конечная прочность образцов бетона при сжатии с добавками «Криопласт ЛН» и «УПД-2М» составила 48…45 % от прочности контрольных образцов. Контрольные образцы не содержали добавок и твердели 28 календарных дней при температуре + 18 ± 2 °С. Установлено, что добавка «Зимняя П-3» сохраняет подвижность растворных смесей и препятствует замораживанию. При исследовании кинетики твердения растворов установлено, что конечная прочность растворов при сжатии с добавкой «Зимняя П-3» ниже прочности контрольных образцов на 10–50 %.
отрицательная температура
противоморозная добавка
твердение бетона
прочность при сжатии
1. Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие / Л.И. Касторных. – 2-е изд. – Ростов н/Д.: Феникс, 2007. – 221 с.
2. Изотов В.С. Химические добавки для модификации бетона. – М.: Изд. Палеотип, 2006. – 244 с.
3. Крылов Б.А. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях / Б.А. Крылов, С.А. Амбарцумян, А.И. Звездов. – М., 2005. – 275 с.
4. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. – 3-е изд. – М.: Стройиздат, 1975. – 750 с.
5. Минаков Ю.А., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Грязина М.В. Управление кинетикой твердения бетона при отрицательных температурах // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4 (часть 2). – С. 307–311.

Твердение бетонов и растворов при пониженной температуре происходит медленно, так как замедляется процесс гидратации цемента. При отрицательной температуре процесс твердения прекращается. Поэтому для обеспечения требуемого набора прочности бетонов и строительных растворов в зимнее время используют такие методы производства работ, при которых гидратация цемента возможна [3, 4]. Одним из таких методов является введение в бетоны и строительные растворы противоморозных добавок [1, 2, 5].

Способ зимнего бетонирования с применением противоморозных добавок технологически прост и экономичен, но в условиях значительных колебаний отрицательных температур представляется сложным установить рациональную дозировку противоморозной добавки [2, 4, 5]. При выборе вида и содержания противоморозной добавки ориентируются на рациональную дозировку при которой эффективно ее использование.

Цель работы состояла в исследовании влияния комплексных противоморозных добавок на кинетику твердения образцов растворов и бетонов после их выдерживания в течение 28 календарных дней в условиях действия отрицательных температур. Задача исследования состояла в изучении влияния комплексных противоморозных добавок «Зимняя П-3», «Криопласт ЛН» и «УПД-2М» на кинетику нарастания прочности растворов и бетонов после замораживания при средней температуре –20 °С.

Материалы и методы исследования

При исследовании бетонов и растворов в качестве вяжущего применялся портландцемент производства ЗАО «Ульяновскцемент» типа ЦЕМ II/А класса 32,5Б.

Исследование кинетики твердения растворов проводилось с добавкой «Зимняя-П-3» (ТУ 5745-21-57330160-13). Противоморозная добавка «Зимняя-П-3» содержит комплекс органических и неорганических солей натрия и калия. Рекомендуемая дозировка при –20 °C до 12 % от массы цемента.

Исследования проводились на растворных смесях с объемным соотношением Песок: Цемент = 1:4 и подвижностью 5…7 см по глубине погружения конуса. Из растворных смесей на пористом основании формовались стандартные образцы-кубы размером 70,7×70,7×70,7 мм. Растворные смеси и образцы с противоморозной добавкой, а также контрольные без добавки непосредственно после приготовления помещались в морозильную камеру с температурой –20 ± 2 °С. В течение 4 часов контролировалось изменение их подвижности. Образцы – кубы хранились при температуре –20 ± 2 °С в течение 28 суток. При этом производился мониторинг прочности при сжатии образцов, предварительно размороженных в течение 4 часов на воздухе при температуре + 18 ± 2 °С.

В качестве противоморозных добавок для бетонов применялись комплексные добавки «Криопласт ЛН» производства ООО «Полипласт-УралСиб» (г. Первоуральск) и противоморозная добавка УПД-2М производства ООО «Инновация» (г. Казань). Противоморозная добавка «Криопласт ЛН» представляет собой смесь солей полиметиленнафталинсульфонат натрия различной молекулярной массы и противоморозного компонента. Обеспечивает возможность бетонирования в условиях расчетных температур твердения бетона не ниже –30 °С, обладает пластифицирующим эффектом. Универсальная противоморозная добавка УПД-2М также относится к категории комплексных. Она ускоряет процесс твердения бетонов и строительных растворов, оказывает пластифицирующее действие, повышает прочность, морозостойкость и трещиностойкость бетона. Рекомендуется к использованию при температуре не ниже –18 °С.

Для исследования применялась бетонная смесь с подвижностью 1…4 см, которая имела следующий состав: цемент – 450 кг, кварцевый песок с модулем крупности 1,9–655 кг, щебень доломитовый фракции 5…20 мм – 1180 кг. Прочность бетонов контролировалась разрушающим методом. Добавка «Криопласт ЛН» вводилась в количестве до 2,0 % от массы цемента. Добавка УПД-2М вводилась в количестве до 3,7 % от массы цемента. Из бетонных смесей формовались образцы размером 100×100×100 мм. Прочность бетонов контролировалась разрушающим методом.

Результаты исследования и их обсуждение

При изучении влияния времени замораживания на сохраняемость свойств растворных смесей, подвергнутых замораживанию при температуре –20 ± 2 °С непосредственно после приготовления, периодически контролировалась их подвижность по глубине погружения конуса. Наблюдения показали, что подвижность растворных смесей постепенно снижается с 6 см до 3,5…4,0 см. Результаты испытания подвижности растворных смесей с добавкой «Зимняя-П-3» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сохраняемость подвижности строительного раствора с химическими добавками

№ п/п

Расход материалов на 1 м3 раствора

Подвижность растворных смесей, см, при времени хранения, часов

Цемент

Песок

Вода

«Зимняя П-3», %Ц

0

1

2

3

4

1

330

1908

340

6,0

5,0

4,0

3,5

3,5

2

330

1908

340

8

6,0

6,0

5,0

4,0

4,0

3

330

1908

340

12

6,0

6,0

5,0

4,5

4,0

На основании проведенного эксперимента установлено, что как в контрольных составах, так и в составах с противоморозной добавкой «Зимняя П-3» в течение 4 часов наблюдения не происходит замерзания раствора при температуре –20 ± 2°С. При этом повышение содержания добавки «Зимняя П-3» до 8…12 % от массы цемента обеспечило лучшую сохраняемость подвижности растворной смеси: за 4 часа подвижность снизилась с 6 до 4,5 см.

Исследована кинетика твердения строительных растворов с добавкой «Зимняя-П-3» в количестве 8…12 % от массы цемента. Выполнен мониторинг прочности при сжатии растворов после твердения при температуре –20 ± 2 °С в течение первых 28 календарных дней (1 этап), и последующего твердения в течение 28 дней при + 18 ± 2 °С (2 этап). Контроль прочности выполнялся через 4 часа оттаивания образцов на воздухе при температуре +18 ± 2 °С. Кинетика твердения основных образцов сравнивалась с твердением контрольных образцов при температуре +18 °С. Результаты мониторинга прочности основных образцов приведены в табл. 2.

Прочность контрольных образцов растворов, твердевших 28 суток в сухих условиях лаборатории при температуре +18 ± 2 °С, приведена в табл. 3.

Сопоставление данных табл. 2 и 3 показало, что эффективность применения комплексной противоморозной добавки «Зимняя П-3» при температуре твердения растворов –20 ± 2 °С существенно зависит от ее содержания. При недостатке добавки не происходит твердения бетона при данной отрицательной температуре, и, как следствие, при дальнейшем твердении в благоприятных условиях отмечается недобор прочности составов. Так, при дозировке добавки 8 % от массы цемента недобор прочности образцов в сравнении с контрольными после 2 этапа твердения при температуре +18 ± 2 °С составил около 50 %.

Таблица 2

Кинетика роста прочности растворов с противоморозной добавкой «Зимняя П-3»

№ п/п

Содержание добавки «Зимняя П-3» % от массы цемента

1 этап: твердение до 28 суток при –0 ± 2 °С.

Предел прочности при сжатии в возрасте, суток

2 этап:

твердение при + 18 ± 2 °С.

Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте 28 суток

7

14

28

1

0,2

0,2

0,2

8,6

2

8

0,2

0,2

0,2

8,3

3

12

5,2

5,3

5,3

15,5

Таблица 3

Предел прочности при сжатии контрольных образцов растворов при температуре +18 ± 2 °С

№ п/п

Содержание добавки «Зимняя П-3» % от массы цемента

Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте, суток

7

14

28

1

8,7

15,8

16,4

2

8

12,8

15,8

16,8

3

12

12,9

16,0

16,7

Исследовано влияние комплексных противоморозных добавок на кинетику твердения образцов бетонов и растворов в течение 28 календарных дней в условиях естественного колебания отрицательных температур (–20 ± 10 °С).

При исследовании кинетики твердения бетонов с добавками «Криопласт ЛН» и УПД-2М основные образцы бетона твердели в течение 28 суток при отрицательной температуре, затем продолжали твердеть и добирать прочность при температуре +18 ± 2 °С в течение 28 суток. Наряду с основными образцами формовались контрольные образцы бетона, которые твердели в нормальных условиях лаборатории при температуре +20 ± 2 °С и относительной влажности воздуха 95 ± 5 %. Результаты испытания составов бетона с добавками «Криопласт ЛН» и УПД-2М приведены в табл. 4.

Таблица 4

Прочность и класс бетона при сжатии бетонов с добавкой «Криопласт ЛН» и УПД-2М

№ п/п

Противоморозная добавка

Подвижность бетонной смеси, см ОК

Предел прочности при сжатии, МПа

Набранная прочность основных образцов, % от прочности контрольных образцов

Основные образцы

Контрольные образцы

1

«Криопласт ЛН»

3

26,7

55,4

48

2

УПД-2М

3

29,5

66,1

45

3

3

24,1

59,7

40

На основании проведенного исследования установлено, что образцы бетона с противоморозными добавками при температуре –20 ± 10 °С практически не твердеют. При дальнейшем твердении в течение 28 суток в благоприятных условиях лаборатории образцы с противоморозной добавкой «Криопласт ЛН» добрали 48 % от прочности контрольных образцов. Образцы бетона, изготовленные с применением противоморозной добавки УПД-2М, добрали прочность 45 % от прочности контрольных образцов.

Таким образом, естественные колебания отрицательных температур (–20 ± 10) °С для твердения образцов бетона с комплексными противоморозными добавками являются критическими и не позволяют бетону в дальнейшем добирать прочность даже в благоприятных условиях твердения.

Выводы

  1. Замораживание растворных и бетонных смесей с противоморозными добавками непосредственно после изготовления до средней температуры –20 °С способно полностью прекратить нарастание их прочности.
  2. После оттаивания в течение 28 суток при температуре +18 ± 2 °С такие составы добирают только 45…48 % от прочности контрольных образцов.
  3. Эффективны дозировки противоморозных добавок, при которых возможен набор не менее 30 % от прочности контрольных составов при замораживании.

Рецензенты:

Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой автомобильных дорог, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;

Краснов А.М., д.т.н., профессор кафедры строительных материалов и технологии строительства, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.

Работа поступила в редакцию 28.07.2014.


Библиографическая ссылка

Кононова О.В., Минаков Ю.А., Грязина М.В., Иванов Н.А., Черепов В.Д. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8-6. – С. 1309-1312;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34758 (дата обращения: 10.12.2019).

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