Повышение морозостойкости бетона при введении алюминиевой пудры
Влияние остаточного воздуха и ряда других факторов, определяющих морозостойкость бетона, было рассмотрено в другой работе. Там же было показано, что в качестве обобщающего критерия оценки этого важного свойства бетона может быть принято отношение объема резервных (не насыщающихся водой) пор к объему замерзающей в капиллярах воды.
Новизна формулы состоит в том, что впервые поры от остаточиого воздуха трактуются как полезные, роль которых аналогична роли пор, образуемых искусственно с помощью воздухововлекающих или газообразующих добавок. При этом объем пор от остаточного воздуха, как это было показано нами еще раньше , не является случайной величиной (связанной, например, с ледоуплотнением), а закономерно зависящей от подвижности бетонной смеси. Чем более подвижна смесь, тем меньше она способна удерживать воздух при уплотнении вибрацией и тем менее морозостоек бетон из нее при прочих равных условиях.
Независимо от того, каким путем образованы в бетоне резервные «поры — применением жестких смесей или искусственно, с помощью специальных добавок — для получения бетона высокой морозостойкости, например 300—500 циклов, необходимо, чтобы величина компенсационного фактора была не ниже 1,1.
Заметим все же, что эта величина потребует дальнейшего уточнения, так как некоторые параметры приведенной формулы компенсационного фактора, например объем льда, были определены нами упрощенно без учета особенностей данного вида цемента, а объем пор от остаточного воздуха принял без учета влияния размера этих пор.
Критерий компенсационного фактора использован нами при изучении причин недостаточной морозостойкости бетона в сборных железобетонных лотках Крымской оросительной системы. Работа была выполнена по заданию Минмелиоводхоза УССР. Исследования выполнялись главным образом на цементах и заполнителях Симферопольского завода Крымкналстроя, выпускающего лотки высотой 600 я 1000 мм, длиной до 8 м.
В результате этой работы представилось возможным дать простые, приемлемые для практики рекомендации, позволившие повысить морозостойкость бетона в лотках с 50—70 до 300—500 циклов и более.
Условия эксплуатации сборных железобетонных лотков з Крыму отличаются тем, что здесь велико количество теплосмен с переходом через нулевую температуру; это и вызывает разрушение лотков при недостаточной морозостойкости бетона.
Вследствие того, что сборные железобетонные лотки относительных систем имеют тонкие стенки, достигнуть надлежащего уплотнения при их формовании можно только при применении подвижных бетонных смесей с осадкой конуса не менее 3—6 см. Но такие смеси, как было сказано, из-за малой зяз- кости не способны удерживать достаточное количество воздуха, а объем контракциониых пор в них недостаточен Для компенсации давления льда.
При применении подвижных смесей повышение морозостойкости бетонов может быть достигнуто искусственным образованием в них достаточного объема резервных пор с целью удовлетворения требованиям формулы компенсационного бак- тора. Легче всего это можно осуществить добавкой в бетонную смесь газообразователя — алюминиевой пудры.
Методика определения морозостойкости бетона была описана нами ранее. Частично она состояла в определении прочности кубов с ребром 10 см в процессе цикличного замораживания при —17н—20°С и оттаивания в воде при +20°С. ко главным образом в определении остаточных деформаций в тех же условиях замораживания и оттаивания. При этом измерение остаточных деформаций дает более наглядную картину поведения бетона и более чувствительно отражает процесс постепенного разрушения бетона.
На рис. 2 дамы результаты испытаний на морозостойкость пропаренных бетонов состава 1 : 1,24 : 2,76 (портландцемент Балаклавского завода, песок речной с Мкр=1,47 и щебень из мраморовидного известняка с размером зерен до 15 мм). Водоцементное отношение 0,43.
На рнс. 3 приведены результаты измерений остаточных деформаций в тех же бетонах. Здесь также виден быстрый рост остаточных деформаций в бетоне без добавок, что является результатом разрушения его структуры. В бетонах с добавка ми остаточные деформации были незначительными; даже после 680 циклов испытаний они составляли всего 0,3 мм/м, тепла как разрушение структуры бетона начинается обычно при величине остаточных деформаций, достигающих 1 мм/м. Характеристика бетонных смесей состава 1:1,24 : 2,76; В/Ц—0,45 дана в табл. 1.
На рис. 4 отражены результаты других опытов, имевших целью проверить возможность получения морозостойкого бетона без введения каких-либо добавок, только за счет бетонов с наиболее низким водоцементным отношением. Бетоны приготовлены на цементе Здолбуновского завода доярки 500 с осадкой конуса 5 см. Твердение нормальное (28 сут.) и пропаривание по режиму 3+3+84-3,5 при 85°С. Первый состав бетона 1 : 1,24 : 2,76 при В/Ц—0,455, второй состав— 1:1: 2,23 при ВЩ—0 и третий состав— 1 : 0,73 : 1,62 при В/Ц=0,35. Компенсационный фактор соответственно равен 0,4; 0,45 И 0,65.
Как видно из рис. 4, во всех бетонах остаточные деформации быстронарастали. Через 40—>100 циклов образцы разрушились.
Решающая роль компенсационного фактора в морозостойкости бетона может быть также показана на примере испытания бетонов, приготовленных на цементах низкой активности (лежалых). Были приготовлены бетоны на цементах Новороссийского завода активностью 286 кгс/см2 и Бахчисарайского завода активностью 204 кгс/см2 с добавкой алюминиевой пудры в количестве 240 г/м3.
Цемент Новороссийского завода имел необычно низкую удельную массу —2,89 г/см3, что указывало на значительное содержание в нем гидравлической добавки, снижающей, как известно, морозостойкость. Тем не менее морозостойкость всех бетонов, в том числе на цементе Новороссийского завода, как это видно из данных табл. 2 и рис. 5, оказалась достаточно высокой. После 300 циклов величина остаточных деформаций далеко не достигла предельных (1 мм/м) я не превысила 0,3 мм/м.
Не оказало отрицательного влияния на морозостойкость бетонов и то, что часть из них была приготовлена на мелкозернистых песках, с весьма низким модулем крупности 1,64 (первый и третий составы по табл. 2).
Достаточно высокая морозостойкость бетона в этих опытах, несмотря на низкое качество материалов, обусловлена тем, что во всех случаях за счет добавки алюминиевой пудры
Практические рекомендации для производства свелись к тому, чтобы, не изменяя существующей технологии и уплотнения бетонной смеси, а также режимов изделий, вводить в бетон алюминиевую пудру.
Пудра вводится путем предварительного сухого ее с небольшим количеством цемента и дозирования этой смеси в заполненный дозатор щебня, что обеспечивает разномерное распределение пудры по всему объему бетона.
Дальнейшие испытания на морозостойкость, в том числе испытания фрагментов и контрольных образцов-кубов, зарезанных из лотков, также показали, что изделия с добавкой в бетон алюминиевой пудры при компенсационном факторе в бетоне более 1,1 обладают во много раз большей морозостойкостью, по сравнению с изделиями без добавки алюминиевой пудры и выдерживают без видимых разрушений и без потери прочности 500 циклов испытаний.
Выводы
Компенсационный фактор является простым и физически обоснованным критерием оценки морозостойкости бетона по данным исходной смеси, а также при подборе состава бетона заданной морозостойкости.
Целесообразно в дальнейших исследованиях уточнить количественную связь между морозостойкостью бетона и компенсационным фактором на основе прямых определений всех параметров рассмотренной формулы.
Добавка алюминиевой пудры позволяет в бетонах из подвижных смесей повысить компенсационный фактор до величины в 1,1—1,3, при котором их морозостойкость превышает 300—500 циклов.