Морозостойкость пропаренного бетона с добавками ПАВ
Одними из основных факторов, определяющих морозостойкость бетона, являются прочность, содержание воздуха в свежеуложенном и затвердевшем бетоне и распределение его по группам пор определенных радиусов. Однако существующими методами можно определять воздушные поры только в затвердевшем бетоне, а в свежеуложенном бетоне лишь общий объем воздуха.
В Красноярском Промстройниипроекте исследовали взаимосвязь между морозостойкостью пропаренного бетона и поровой структурой свсжеуложенного бетона. Эксперименты проводили на бетонах, отличающихся содержанием воздуха с различными добавками ПАВ. Бетон изготовляли на портландцементе марки М 400 Красноярского завода; кварцевом песке с А1р=2,3; гранитном щебне фракции 5—20 мм. Бетонные смеси с ВЩ—0,39... 0,6 при О.К.= 1,5... 4 см пропаривали по режиму 6+3+6+2 ч при 80°С. Содержание воздуха в свежеуложенном бетоне и распределение его по группам пор устанавливали методом давления по компрессионной кривой сжатия при давлении до 0,4 МПа [1]. Объем воздуха, определенный этим методом, значительно больше объема, полученного по ГОСТ 4799—69. Разница в объемах колеблется от 15 до 70% и зависит от объема пор, давление в которых отличается от атмосферного.
По данным, наибольшее влияние на морозостойкость бетона оказывают поры III и IV группы. Расстояние между центрами этих пор определяли по усредненному объему одной поры в каждой группе и нх общему количеству. Принимая, что поры равномерно распределены по объему цементного теста, расстояние между их центрами [1] составляло:
Связь между объемом и размерами воздушных пор в свежеуложенном и пропаренном бетоне определяли на ан- шлифах линейным методом при увеличении Х56.
Фактическое расстояние между порами в пропаренном бетоне отличается от расчетного в свежеуложенном бетоне на 12... 47% (см. таблицу). Объем воздушных пор в затвердевшем бетоне несколько выше, чем в свежеуложенном из-за увеличения мелких пор, образующихся в результате гидратации цемента. Расстояние между порами с увеличением объема вовлеченного воздуха как в свежеуложенном, так и в пропаренном бетоне уменьшается. Это свидетельствует о том, что по параметрам пористости свежеуложенного: бетона можно приблизительно оценивать структуру и, следовательно, морозостойкость пропаренного бетона. Была принята следующая методика исследования морозостойкости: образцы размером 10ХЮХЮ см насыщали в воде (48 ч), затем охлаждали до —60°С (2 ч), выдерживали при —60°С (4 ч) и оттаивали в воде при 18— 20СС (2 ч). Исследовали коэффициент перехода от «ускоренных» циклов испытания на морозостойкость к стандартным. Установлено, что разрушение бетона при замораживании при —60°С по сравнению с ГОСТом ускоряется примерно в 8 раз для бетона с В/Ц= =0,4 к в 10 раз — для бетона с ВЩ= =0,5.
Температурные деформации бетона при замораживании определяли на призмах размером 7X7X30 см через 1 сут после пропаривания.
Из рис видно, что температурные деформации бетона изменяются в широких пределах в зависимости от вида и количества применяемой добавки, степени водонасыщения бетона и температуры замораживания. Содержание воздуха и расчетное расстояние между порами в бетоне без добавок и с добавкой ВРП-1 практически одинаково, что подтверждается температурными деформациями бетона. Наибольшие деформации расширения в бетоне без добавок и с добавкой ВРП-1, насыщенных водой при атмосферном давлении, отмечены в интервале температур от 0 до —10°С, что подтверждает наличие крупных пор в бетоне. Однако за счет пластифицирующего эффекта этой добавки снижается количество цементного камня, что приводит к уменьшению общего водонасыщения и пористости бетона и незначительному повышению морозостойкости (33 цикла вместо 26). Введение добавки СПД в количестве 0,03; 0,05% массы цемента увеличивает содержание воздуха в бетоне с В/Ц=0,4 соответственно на 1,17 и 3%- Объем пор III и IV группы увеличивается, а расстояние между ними уменьшается. Наибольшие деформации расширения, характеризующие развитие деструктивных процессов в материале, наблюдаются лишь в интервале температур от —20 до —50°С, а циклическое замораживание и оттаивание бетонов с добавкой СПД свидетельствует об их высокой морозостойкости.
Основное количество воздуха в свежеуложенном бетоне (примерно 55— 75% общего количества) находится в порах III и IV группы размером от (50 до 500) 10~4 см. При увеличении количества введенной воздухововлекающей или комплексной добавки возрастает объем пор III и IV группы и соответственно уменьшаются расстояния между воздушными пузырьками и повышается морозостойкость. Бетоны примерно одинаковой прочности с расстояниями между воздушными порами, равными 0,104; 0,089 и 0,072 см, теряют 25% прочности соответственно через 26, 100 и 150 циклов замораживания и оттаивания. Наличие такой связи подтверждено испытанием 30 серий образцов из бетона с ВЩ от 0,39 до 0,6 и содержанием вовлеченного воздуха от 1 до 8% (рис. 2).
Так как морозостойкость бетона в значительной степени определяется его прочностью, объемом воздуха в порах III и IV группы и расстоянием между их центрами, то эту зависимость можно использовать для решения обратной задачи, т. е. назначать для бетона требуемой прочности и морозостойкости минимальное расстояние между воздушными порами и требуемый минимальный объем вовлеченного воздуха.
В свою очередь объем вовлеченного воздуха и его распределение по группам пор зависит не только от применяемой ПАВ, но и от параметров перемешивания и уплотнения смеси. Влияние этих факторов исследовали методом планирования эксперимента, Опыты проводили на бетоне состава: 1 : 1,97:4 с В/Ц = 0,58 при расходе цемента Ачинского завода 320 кг/м3 с добавкой 0,02% СПД массы цемента. Смесь уплотняли на виброплощадке с частотой колебаний — 2800 в минуту и амплитудой колебаний от 0,1 до 0,85 мм.
В качестве независимых переменных величин, определяющих содерлурние воздуха в бетоне, приняты время перемешивания смеси (X) с границей изменения от 75 до 300 с, время вибрирования смеси (Дг) от 20 до 120.с к амплитуда колебаний виброплощадки (Х3) от 0,2 до 0,5 мм. По результатам опытов получены математические модели зависимости усредненного давления в порах, объема воздуха в бетонной смеси, в порах размером (50—500)10-4 см и расстояния между центрами этих пор.
На рис. 3 представлены изолинии общего объема воздуха в зависимости от времени перемешивания и вибрирования бетонной смеси при разной амплитуде колебаний виброплощадки. Наклон изолинии объема воздуха в бетонной смеси указывает на его повышение с увеличением времени перемешивания. Уменьшение времени вибрирования бетонной смеси обратно пропорционально амплитуде колебаний объема, воздуха в порах III и IV группы носит иной характер (см. рис. 3,6). Наклон изолинии объема воздуха в этих группах свидетельствует о повышении § его по мере увеличения времени перемешивания и уменьшения вибрирования g. бетонной смеси. С увеличением амплитуды колебаний виброплощадки объем воздуха в этих группах пор уменьшается, причем прямой зависимости не наблюдается.
Таким образом, при неизменном составе бетона, виде и количестве ПАВ содержание воздуха в уплотненном бетоне в зависимости от этих факторов может колебаться от 1 до 5%.
При изготовлении изделий, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости, должен быть налажен систематический контроль за определением содержания воздуха в свежеуложенном бетоне. Без этого невозможно получить высокую однородность прочности и морозостойкости бетона. Введение в бетонную смесь тех или иных ПАВ без учета фактического воздухосодержания в свежеУложенном бетоне ие является падежной гарантией получение бетонов высокой морозостойкости.
Выводы
Определенная взаимосвязь между числом пор III и IV группы в свежеуложенном и затвердевшем бетонах позволяет приблизительно оценивать и контролировать морозостойкость бетона в процессе изготовления изделий. Морозостойкость пропаренного бетона в основном определяется прочностью, количеством воздуха, содержащегося в порах III и IV группы размером (50— 500)10-4 см, и расстоянием между ними.
Содержание воздушных пор и распределение их по группам в свежеуложениом бетоне, а также пористость затвердевшего бетона, в том числе пропаренного, зависит от вида и количества вводимых ПАВ, способа и времени перемешивания, а также параметров уплотнения Бетонной смеси. Количество воздушных пор размером (50— 500)10-4 см уменьшается при повышении амплитуды колебаний виброплощадки. Все эти факторы необходимо учитывать при назначении количества добавок ПАВ и осуществлять текущий контроль за воздухосодержанием непосредственно на приготовленном и уплотненном в производственных условиях бетоне.