Влияние химических добавок на газопроницаемость бетона
Вo ВППИжелезобетоне с 1965 г. проводились исследования по технологии изготовления железобетонных напорных труб для газопроводов [I]. При разработке способов снижения газопроницаемости стенок железобетонных труб была проверена возможность повышения плотности бетона путем применения специальных химических добавок. Такой способ улучшения структуры бетона н снижения его проницаемости является одним из наиболее простых и технологичных. Выбор и назначение химических добавок пповодились в соответствии с рекомендациями, полученными различными авторами при исследовании водонепроницаемых бетонов. Кроме того, было проверено влияние новых добавок НССБ и окзпл, а также некоторых добавок, ранее не применявшихся в бетонах с повышенным расходом цемента, примятом при производстве железобетонных напорных труб. Основные характеристики использования добавок приведены в табл. 1.
Все образцы испытывались по принятым методикам на 28-е сутки.
Газопроницаемость бетона определялась на специальной установке путем измерения количества азота, прошедшего через образец за определенный промежуток времени при перепаде давления 10 кГ/см2 (рис. 1) [4].
Результаты испытания бетонных образцов с оптимальными количествами добавок приведены в табл. 2. Анализ этих данных показывает разнообразное влияние поверхностно-активных добавок на образование структуры н свойства бетона. Особенно это заметно при тепловой обработав бетона. Причинами такого воздействия добавок на структуру бетона являются, во-первых, механизм действия поверхностно-активных добавок и, во-вторых, особенности формирования структуры в свежеотформованных бетонах.
Для бетонов с поверхностно-активными добавками при тепловой обработке необходима длительная предварительная выдержка, обеспечивающая восприятие нм теплового воздействия уже в какой-то мере сформировавшейся структурой. Длительность такого предварительного выдерживания бетона зависит от механизма действия добавок (величины воздухововлечения. степени замедления скорости гидратации цемента). Этими факторами определяется эффективность добавки НССБ, которая по сравнению с ССБ обладает рядом преимуществ (рис. 2): меньшей величиной воздухововлечения, более высоким пластифицирующим эффектом, меньшими сроками схватывания цементного теста, более высокой эффективностью при пропаривании.
Большая эффективность добавки НССБ, по сравнению с ССБ, очевидно, может быть объяснена наличием активных функциональных групп (СООН, К02 и др.), образовавшихся При обработке барды азотной кислотой.
Добавка 0,15% НССБ привела к улучшению физико-механических свойств бетона как При нормально-влажном, так н при ускоренном режимах твердения. Введение в малоподвижные бетонные смеси добавки НССБ позволяет на 10—12% снизить водопотребность бетонной смеси при сохранении заданной подвижности и за счет этого увеличить предел прочности при сжатии на 15%, при растяжении — на 2,0%, динамический модуль упругости — на 20% и снизить газопроницаемость в 2—3 раза.
Хорошие результаты при использовании добавок второй группы получены со смолой № 89 и ГОЖ-2. Эффективность применения добавки смолы № 89 объясняется образованием в порах и капиллярах бетона прочных полимерных продуктов и комплексных с цементом соединений. Добавка смолы № 89 является хорошим пластификатором и может твердеть в щелочной среде цементного камня без применения специального отвердителя. Введение добавки смолы № 89 в количестве 4% от расхода цемента снизило по сравнению с контрольными образцами на 5% водопотребность бетонной смеси, увеличило предел прочности бетона при растяжении на 23%, повысило динамический модуль упругости бетона на 19% и снизило газопроницаемость бетона в два раза.
Анализ результатов испытаний на газопроницаемость образцов с добавкой ГОЖ-2 показал, что снижение проницаемости образцов можно объяснить не столько улучшением структуры, сколько повышенной водоудерживающей способностью бетона. Она более эффективна при эксплуатации бетона во влажных условиях. Введение добавки ГОЖ-2 в количестве 7% от веса цемента повысило по сравнению с контрольными - образцами предел прочности бетона При растяжении на 8% и динамический модуль упругости бетона на 7%.
Следует отметить, что, несмотря на очевидную эффективность применения химических добавок, газопроницаемость бетона остается довольно высокой и превышает нормативное значение для газопроводов 0,1 л/м ч. Дальнейшее снижение проницаемости бетона возможно только при уменьшении водоцементного отношения и повышения плотности бетона, т. е. решающим образом зависит от способа уплотнения. Опыты показали, что одним из наиболее надежных способов получения плотных и однородных бетонов является вибропрессование. Этому способу соответствует технология изготовления железобетонных напорных внброгидропрессопаниых труб. Поэтому нами были проведены исследования эффективности применения некоторых из рассмотренных выше добавок и при вибролрессопании. Состав бетонной смеси был принят таким же, как и при виброуплотнении. Образцы прессовались под давлением 30 кГ,см2 и пропаривались по режиму: подъем температуры до 90°С—2 ч и изотермическое выдерживание — 8 ч. Результаты испытания внбронроссованных образцов в 28-суточном возрасте приведены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, эффективность применения добавок резко возросла. Газопроницаемость вибропрессованного бетона снизилась по сравнению с вибрированным бетоном в 2— 3 раза. Прочность при растяжении н динамический модуль
Полученные в опытах результаты были проверены в производственных условиях при изготовлении опытной партии железобетонных напорных виброгидропрессованных труб диаметром 700 мм на Московском заводе железобетонных труб. Изготовление виброгидропрессованных труб производится по одноступенчатой схеме производства в специальных металлических формах [5]. Форма состоит из наружных разъемных частей, соединенных между собой тарированными пружинными болтами и сердечника, представляющего собой металлический цилиндр с надетым на него толстостенным резиновым чехлом. Укладка и уплотнение бетонной смеси производятся на формовочном посту с помощью высокочастотных пневматических вибраторов. После заполнения формы бетонной смесью вибраторы снимаются, а форма переносится на пост опрессовки и термообработки. На этом посту под резиновый чехол подается под давлением вода. Вода раздвигает чехол, благодаря чему происходит прессование бетонной смеси с одновременным натяжением спиральной арматуры. Последующая тепловая обработка труб под расчетным опрессовочным давлением закрепляет положение арматуры в бетоне и обеспечивает предварительное напряжение железобетонных труб.
Все опытные трубы после изготовления были испытаны па водонепроницаемость, а затем проверены ил газопроницаемость сжатым воздухом. Газопроницаемость бетона оценивалась по скорости падения давления в трубе, по количеству прошедшего через отдельные участки трубы воздуха и путем осмотра поверхности трубы, смоченной мыльной. Скорость падения давления в трубе фиксировалась с помощью ртутного дифференциального манометра ДТ-50 по разности давлений между трубой и ресивером. Количество прошедшего через отдельные участки трубы воздуха определялось с помощью специальных резиновых чехлов размером 1,6x0.7 и в счетчиков ГСБ-100 (рис. 4). Осмотр омыленной поверхности трубы позволил оценить качественную картину распределения потерь воздуха по длине трубы и выявить наличие отдельных дефектов изготовления.
Испытания показали, что опытные виброгидропрессованные трубы при давлении 7 атм во влажном состоянии практически газонепроницаемы. Поэтому все трубы были испытаны повторно после выдержки в течение 45 сут. п воздушно-сухих условиях, т. е. при влажности, соответствующей гигроскопичности бетона. Результаты повторных испытаний приведены в табл. 4.
Как видно из табл. 4, псе опытные трубы с добавками характеризуются более высокими показателями, чем эталонная труба. При применении добавки ГОЖ-2 отмечается некоторая неравномерность свойств бетона по длине трубы, что связано, по-видимому, с принятым способом введения добавки в бетонную смесь. При применении добавки смолы № 89 следует строго соблюдать время укладки и уплотнения бетонной смеси, так как в случае производственной задержки может произойти преждевременное загустеваиие бетонной смеси, провибрировать которую уже не удастся.
При выборе и назначении вида добавок необходимо также учитывать их стоимость (табл. 5).
Технико-экономический анализ рассмотренных добавок 110.4110/1 ист сделать вывод об эффективности применения и типа ССБ. И вибропрессованных бетонах при твердении под давлением применение этих добавок упрощается, так как не требуется времени на выдержку бетонной смеси перед тепловой обработкой.
Выводы
Проведенные исследования подтвердили целесообразность применения химических добавок для улучшения физико-механических свойств бетона, и частности, для снижения его газо-проницыаемостн Эффективность применения добавок возрастает с увеличением степени уплотнения бетона и повышением его однородности. Испытания опытных железобетонных напорных ннорпгпдропрссеонаниых показали, что такие трубы могут найти применение в газопроводах при условии обеспечения требуемой влажности бетона стенок труб (при прокладке и грунтах, влажных газов и др.).