Морозостойкость обработанного полимером бетона
При строительстве морских гидротехнических сооружений различного назначения в прибрежной зоне и на континентальном шельфе северных широт возникает потребность в специальных бетонах, отличающихся высокой прочностью, морозостойкостью, коррозионной стойкостью и низкой адгезией к намерзающему в процессе эксплуатации льду [1]. Этими свойствами во многом обладают бетоны, полностью пропитанные мономерами с последующей их полимеризацией в перовом пространстве (бе- тонополимеры) [2, 3]. Однако для большинства конструкций технически целесообразнее и легче частично пропитывать бетон на глубину 10—40 мм.
Исследовали морозостойкость и прочность сцепления со льдом непропитанного бетона и с поверхностной пропиткой метилметакрилатом (ММА) на глубину 22 мм и затем петролатумом на 2—3 мм. Образцы-кубы с ребром 100 и 70 мм изготовляли из бетона состава 1:1,35:2,5 при В/Ц — 0,4 на портландцементе марки 500 с использованием за- патнителей из речного песка и гранитного щебня. Для получения бетона необходимой плотности и морозостойкости в смесь вводили добавки СНВ и СДБ в количестве соответственно 0,02 и 0,2% массы цемента.
После естественного твердения в нормальных условиях образцы подвергали обработке по разным режимам: 1 — сушка при 110°С—12 ч, вакуумирование при остаточном давлении 0,02 МПа — 0.5 ч, пропитка смесью метилметакрила- та (ММА) с порофором в соотношении 100.0.5 при атмосферном давлении — 6 ч, полимеризация в горячей воде при 75:С — 4 ч; II — сушка, вакуумирование и пропитка — по режиму I, полимеризация в расплавленном петролатуме при 75СС—4 ч; 111—пропитка воздушно- сухих образцов петролатумом при 80°С к течение 4 ч.
По режимам 1 и 11 можно частично пропитывать бетонные образцы ММА на глубину 22 мм. В процессе полимеризации часть мономера из поверхностного слоя бетона толщиной 1—2 мм испарялась, и се замещали водой (режим I) или петролатумом (режим II). Глубина пропмгки петролатумом по режиму III составила 2—3 мм. Распределение зон пропитки по сечению образцов показано на рис. 1. Прочность бетона, необработанного и обработанного по режимам I, 11 и III при коэффициенте пропитки 0,4— 0,45, составила соответственно 30, 90, 72 и 24 МПа. Повышение прочности при частичной пропитке бетона ММА было меньше, чем при полной [2]. Кроме того, наличие на поверхности бетона свободной от полимера и ослабленной таким образом зоны (см. рис. 1) вызывает преждевременное трещинообразованне и разрушение образцов. Более низкие значения прочности на сжатие бетонных и бетонополимерных образцов, обработанных петролатумом, объясняются уменьшением коэффициента трения между плитой пресса и поверхностью образца при испытании на сжатие.
Морозостойкость бетонов определяли по ГОСТ 10060—76 и по ускоренному методу при температуре замораживания— 50...—55°С [4]. В качестве образцов при испытании на морозостойкость по ускоренному методу использовали кубы с ребром 70 мм, обработанные по описанным выше режимам. За марку бетона по морозостойкости принимали наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживали образцы при снижении прочности на сжатие не более 15%.
Результаты испытаний бетонов на морозостойкость по ускоренному методу приведены на рис. 2 и 3. Наибольшее снижение прочности и меньшую морозостойкость показали образцы, обработанные по режиму I, в то время как образцы из необработанного бетона и обработанные по режимам II и III имели морозостойкость более Мрз 500. Это существенно ниже морозостойкости бетона, полностью пропитанного ММА путем длительной (24—48 ч) сушки и ваку- умирования при 1000—2000 на [2, 4], При обработке петролатумом пропитанных и ие пропитанных ММА образцов (режимы 11 и 111) кольматируются поры верхнего слоя бетона и гидрофобизируется его поверхность, что снижает водопоглощение этого слоя и повышает общую морозостойкость.
Не обработанные петролатумом бетонополимерные образцы (режим I) имеют верхний не пропитанный полимером и ослабленный сушкой слой толщиной 1— 2 мм. При замораживании образцы начинают разрушаться по этому слою.
Исследовали также адгезию льда к бетону. В стандартную металлическую форму, рассчитанную на изготовление трех кубов с ребром 70 мм, устанавливали два куба, а между ними заливали 5%-ный раствор NaCl и замораживали в термокамере при —50°С. Затем освобожденные от формы образцы в этой же термокамере зажимали струбцинами и помещали на опоры, а намороженный таким образом ледяной куб между бетонными образцами с помощью пуансона продавливали между опорами. Изменение во времени адгезии льда к поверхности бетона определяли попеременным замораживанием образцов при —50°С и оттаиванием при +20°С в 5%-ном растворе NaCl.
Результаты испытаний образцов (рис. 4) показали, что прочность сцепления льда с бетоном зависит не только от режима его обработки, но и от числа циклов замораживания и оттаивания в агрессивной среде. Так, более высокие темпы повышения прочности сцепления льда с бетоном, обработанным по режиму I, по сравнению с необработанным можно объяснить интенсивным разрыхляющим воздействием на его оголенный верхний слой замораживания-оттаивания в сочетании с агрессивной средой. В то же время дополнительная поверхностная гидрофобная обработка петролатумом, кольматирующим поры, заметно снижает адгезию и темпы ее роста при воздействии на бетон попеременного замораживания и оттаивания в агрессивной среде.
Таким образом, высокую морозостойкость бетона (Мрз500 и более), удовлетворяющую условиям районов замерзающих морей, можно обеспечить соответствующим подбором составов бетона с обязательным введением комплексных поверхностно-активных добавок. Частичная полимерная пропитка такого бетона при наличии оголенного верхнего слоя снижает его морозостойкость. Дополнительная к этому обработка петролатумом сохраняет уровень морозостойкости при повышенной прочности бетонополимера, а также снижает адгезию морского (засоленного) льда к поверхности бетона.
Деструктивные процессы в частично обработанном полимером высокоморозостойком бетоне развиваются более интенсивно, чем в необработанном. Динамика их развития, а также адгезия льда к бетону, во .многом зависит от режима обработки бетона.