Метод введения добавок электролитов в бетоны на пористых заполнителях
Важным резервом улучшения физико-механических свойств и долговечности бетонов — особенно легких — является усиление зоны контакта между заполнителем и цементным камнем. Эффективным способом воздействия на контактную зону считается применение добавок-электролитов, ускорителей твердения вяжущего. Однако традиционное введение добавок с водой затворе- ния позволяет решить эту задачу лишь постольку, поскольку добавки влияют на процессы гидратации цемента и структуру цементного камня в целом. Поэтому представляется перспективным метод введения добавок в легкие бетоны путем пропитки ими пористого заполнителя. Главная особенность подобного метода — неравномерное распределение концентрации электролита в цементном тесте и камне с максимумом в контактной зоне — прни одинаковой в сравнении с традиционным способом средней концентрацией добавки в бетоне. Такая локализация добавок и, прежде всего, наиболее эффективных из них — на основе хлористых солей —имеет ряд преимуществ. В результате повышенной усадки цементного теста и камня в контактной зоне и обусловленного этим обжатия пористого заполнителя улучшается их совместная работа в бетоне, что должно положительно сказаться на свойствах последнего. Вследствие увеличенной концентрации добавки-электролита в контактной зоне процессы схватывания протекают интенсивнее, чем в бетонной смеси, й это должно способствовать стабилизации пористого заполнителя в изделиях и снижению степени его расслоения. Благодаря пониженной концентрации электролита в зоне расположения арматуры в начальные сроки твердения бетона уменьшается и опасность коррозии стали, что особенно важно для пропариваемых железобетонных Изделий. В связи с введением в пористый заполнитель электролита его удается совместить с воздухововлекающими поверхностно-активными веществами, тогда как обычно для последних характерно снижение пенообразующей способности и стабильности пены в присутствии электролитов, затрудняющее их применение.
Однако наличие в течение некоторого времени градиента концентрации электролита в цементном тесте и камне и обусловленная этим неодинаковая скорость гидратации цемента настораживают, так как могут привести к развитию деструктивных процессов в бетоне. Все это потребовало проведения экспериментальной проверки предлагаемого метода.
Изучали поваренную соль, хлорид кальция и его смеси с нитритом натрия и нитрнт-нитратом кальция при широкой вариации дозировок и соотношений между компонентами. Пористый заполнитель— керамзит Уфимского завода— насыщали под вакуумом. Для этого сконструировали изготовили лабораторную и полупромышленную установку. Испытания на Уфимском заводе ЖБИ показали однородность пропитки заполнителя заданным количеством электролита.
Использовали цемент стерлитамакского завода марки М 400, а также керамзитовый и кварцевый песок местного карьера. В табл. 1 приведены составы керамзитобетона. Образцы-кубы с ребром 10 см формовали на вибростоле с пригрузом 4.10—3 — 6. 10—3 МПа и пропаривали по режиму 3+5+3 ч при температуре изотермического прогрева 80° С — оптимальном для данного цемента и состава бетона.
Независимо то состава добавок во всех случаях их введение методом насыщения заполнителя повышает прочность бетона после пропаривания и в последующие сроки твердения вплоть до 1 года по сравнению с введением тех же добавок с водой затворения, причем в случае использования смеси хлорида кальция с нитритом натрия.изменение их соотношения от 1:1 до 1 : 2 по массе незначительно сказывается на приросте прочности бетона (рис. !). Хотя разница в физико-механических показателях образцов с добавками, введенными различными методами, существеннее при испытании бетонов через 4 ч после пропаривания, она сохраняется на уровне 10—:15% н к одному году хранения образцов в условиях нормально-влажного твердения. Эти данные согласуются с результатами рентгеновского и термографического исследований, когда в раннем возрасте образцы с добавками электролитов, введенными с пористым заполнителем, имели более высокую степень гидратации силикатных фаз цемента, чем при традиционном способе введения.
При введении добавок путем пропитки пористого заполнителя существенно повышается прочность сцепления цементного камня с керамзитом. Из рис. 2 видно, что более значительна разница в показателях при большей пористости заполнителя. Это свидетельство, усиления зоны контакта между заполнителем и цементным камнем, определяющее и повышенную морозостойкость образцов, в которые добавки электролитов вводили с керамзитом.
Таким образом, можно получать равнопрочные бетоны прн снижении в них дозировки электролитов или сокращении расхода цемента при условии введения в них добавок — ускорителей твердения путем пропитки ими пористого заполнителя.
При исследовании диффузии электролитов вследствие наличия градиента концентрации и пропорционального ему потока вещества из керамзита в объем цементного теста и камня использовали метод радиоактивных изотопов и ридиоавтографии с последующей количественной обработкой радиоавтограмм. В работе использовали изотопы 45са и 35сь характеризующиеся р-излучением.
Расчет в соответствии с уравнением Фика для диффузии в полубесконечное тело приводит к значению эффективного коэффициента диффузии исследованных электролитов в зависимости от плотности бетона порядка 10~6 см2/с и к диффузии за одни сутки около 3 мм. Этим можно объяснить несколько меньшую коррозию арматуры в тех бетонах, в которые электролиты вводили путем насыщения заполнителя.
С другой стороны, достаточно высокая скорость диффузионного переноса электролита от границы с керамзитом в цементный камень и, соответственно, быстрое снижение градиента концентрации добавки и расширение зоны ее присутствия в цементном камне, видимо, и являются теми факторами, которые обусловливают отсутствие в легких бетонах с добавками, вводимыми с пористым заполнителем, деструктивных процессов, приводящих к снижению механических показателей и долговечности.
Сделанный вывод подтверждается н результатами определения прочности сцепления арматуры с керамзитобетоном, измеренной путем выдергивания гладких стальных стержней. Как видно из табл. 2, отношение Rcn/Rc ж в присутствии электролитов в течение длительного срока выше, чем в бетонах без добавок, и мало зависит от способа их введения.
Опытно-промышленная проверка предложенного метода .введения добавок электролитов, выполненная на Уфимском заводе ЖБИ, показала качественное совпадение с данными лабораторных исследований, что позволяет считать предложенный метод перспективным для бетонов на пористых заполнителях и достаточно технологичным.
Выводы
Исследование метода введения в легкие бетоны добавок электролитов, заключающегося в пропитке ими пористого заполнителя, показало, что он имеет ряд преимуществ перед традиционным: бетоны характеризуются повышенной прочностью сцепления цементного камня с керамзитом, улучшенными физико-механическими свойствами и долговечностью.
Диффузионные измерения и данные длительных испытаний механических показателей бетонов свидетельствуют о том, что при таком способе введения добавок в изделиях не возникают деструктивные процессы, ухудшающие свойства легких бетонов.