Комплексные добавки в бетонах сборных конструкций гидромелиоративных сооружений
Современные сборные железобетонные конструкции гидромелиоративных сооружений характеризуются малой толщиной стенок (б—8 см) и значительной открытой Поверхностью. Особенность приготовления бетонов для таких конструкций заключается в снижении количества воды при сохранении заданной удобоукладываемости смеси. Для выполнения этого условия применяют поверхностно-активные вещества, среди которых наибольшей пластифицирующей способностью обладает сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ). Однако СДБ не получила широкого распространения в технологии сборного железобетона из-за замедляющего действия на процессы гидратации и начального структурообразования цементного камня.
Для уменьшения расхода воды и цемента за счет максимального использования пластифицирующего эффекта СДБ без увеличения продолжительности термообработки изделий УкрНИИ гидротехники и мелиорации исследовал бетоны с комплексными добавками. Замедляющее действие СДБ устраняли введением нитратов кальция и аммония, которые, как показали исследования ускоряют твердение цемента, не подавляют пластифицирующего эффекта СДБ н способствуют уплотнению цементного камня. В отличие от хлорид они не усиливают коррозии стальной арматуры в бетоне.
Введение 0,5—1,5% от массы цемента ускорителеи твердения приводит к значительному сокращению сроков схватывания цементного теста (табл. 1). В опытах использовали портландцемечт марки М 400 Здолбуновского завода.
Замечено, что если период от начала до конца схватывания цементного теста с добавками короче, чем без добавок, то прочность с таким количеством добавок после пропаривания и через 28 сут соответственно на 10—45% ниже прочности бетона того же состава без добавок. Это объясняется механизмом действия электролитов, в данном случае Са (Мо3)2 или N119N03, которые по классификации относятся к добавкам первого класса. В основе этого явления лежит повышение или понижение электролитами растворимости вяжущего и конечных продуктов его гидратации вследствие изменения ионной силы раствора. Кроме того, ускорители типа нитрата кальция вступают с гидроалюмн- натами и гидроалюмоферритами кальция в реакции присоединения, образуя двойные соли-гидраты, например гидронитроалюминаты кальция. При введении ускорителей в повышенном количестве возможна их реакция с гидроокисью кальция с образованием соответствующих двойных солей. По данным [4], молекулярный объем этих новообразований больше молекулярного объема цементных фаз, при взаимодействии с которыми они кристаллизуются, что способствует образованию на поверхности гидратированных частиц цемента разо- вовыраженяых экранирующих пленок, тормозящих дальнейшие процессы гидратации.
Эти положения учтены при разработке методики определения количества составляющих комплексной добавки для бетонов, которая заключается в экспериментальном установлении количества добавки ускорителя в сочетании с СДБ (0,15% сухого вещества от массы низ- коалюминатного и 0,25% от массы среднеалюминатного цемента) и определении .количества СДБ. При оптимальном объеме ускорителя период от начала до конца схватывания цементного теста с комплексной добавкой должен быть не меньше, чем цементного теста без добавок. При такой продолжительности создаются условия для достаточно полной гидратации цемента и обеспечивается необходимая длительность индукционного периода накопления активности цементно-водной системы. Подтверждением этого является одинаковая интенсивность нарастания прочности бетонов с оптимальным количеством добавок и без добавок (при одинаковом режиме тепловой обработки). Оптимальное количество добавки .устанавливают исходя из условий наибольшего снижения водосодержания в бетонной смеси и расхода цемента при постоянном водоцементном отношении, удобоукладиваемости смеси и прочности бетона по сравнению с бетоном без добавок. Для этого изготавливают контрольные составы бетона без добавок и с добавкой СДБ в количестве 0,15; 0,2; 0,25 н 0,3% сухого вещества от массы цемента с выбранным для данного цемента оптимальным количеством добавки-ускорителя.
По методике были определены составы бетонов с оптимальным количеством добавок и исследованы их физико- технические свойства (табл. 2). В качестве вяжущего применяли портландцемент марки М-400 Здолбунавского завода, содержащего 7,25%CSA, щебень гранитный Гниваньского карьера крупностью 5—20 мм, песок речной днепровский Мир =1,53. Для данного цемента оптимальное количество СДБ составляет 0.2% сухого вещества от массы цемента.
Таким образом, введение добавок в бетонную смесь с различным водоцементным отношением способствует снижению расхода цемента и воды на 10—15%, при этом несколько улучшаются свойства пропаренного бетона по сравнению с бетоном без добавок (табл. 3).
Основываясь на положительных результатах исследований, начиная с 1973 г. на Каховском, Бориспольском, Симферопольском и других заводах ЖБИ треста Укрводожелезобетон в состав гидротехнического бетона для железобетонных лотков, труб, плит облицовок каналов и других конструкций гидромелиоративных сооружений систематически вводятся комплексные добавки. Это позволяет уменьшить расход цемента, например, в бетонах марки М300 с 420—450 до 370—385 кг/м3 и при крупности щебня 5—20 мм, довести начальное водосодержание в бетонной смесн (с подвижностью смеси 2—3 см) с 180— 190 до 150—1160 л/м3. В 1973 г. с комплексной добавкой было изготовлено 61, а в 1974 г. 128 м3 бетона.
Успешному внедрению бетонов с добавками способствуют разработанная совместно с заводами ЖБИ простая схема, установки для приготовления и полуавтоматического дозирования добавок.
Установка состоит из четырех емкостей для приготовления раствора пластификатора СДБ, растворения до заданной концентрации добавки-ускорителя, смешивания обоих растворов и хранения готового раствора комплексной добавки. Расходную емкость устанавливают отделении БСУ. Все емкости соединены между собой системой трубопроводов воды, пара и сжатого воздуха. Перемешивание растворов производится путем наполнения емкости до определенного уровня (по водомерной трубе) вначале раствором СДБ, а затем раствором ускорителя не менее чем за 3—4 ч до перекачивания в расходную емкость при постоянном перемешивании сжатым воздухом или механическим путем.
Из расходной емкости через объемный дозатор рабочий раствор комплексной добавки попадает в дозатор для воды и вместе с водой затворения подается в бетономешалку. Объемный дозатор для раствора добавки представляет собой бачок с дном в виде усеченного конуса (см. рисунок), к которому подведены трубопроводы для его наполнения и опорожнения водой через вентили типа МИМ или МЭМ. Внутри бачка установлены датчики уровня, при помощи которых регулируется объем раствора добавки в объемном дозаторе на замес бетона. В электрической схеме включение .выпуска добавки сблокировано с включением исполнительного механизма наполнения воды на замес в дозатор. Диаметр трубы для слива раствора из объемного дозатора подбирается из расчета его опорожнения в 1,5—2 раза быстрее наполнения дозатора для воды.
Выводы
Комплексная добавка в составе 0,15—0,3% СДБ и 0,5—>1,5 % нитрата кальция или нитрата аммония обеспечивает уменьшение начального водосодержания и расхода цемента в бетонах марок М300—М 400 «а 8—10%. При этом сохраняются заданная удобоукладываемость бетонной смеси и физико-механические свойства пропаренного бетона без -увеличения продолжительности тепловлажностной обработки. Введение этой добавки, при условии снижения расходов цемента и воды, повышает водонепроницаемость бетона на 1 —2 ступени.
Разработанная методика определения оптимального количества составляющих комплексной добавки и установка для приготовления и дозирования добавок в бетонную смесь успешно прошли производственные испытания и могут быть рекомендованы для широкого практического использования.