Оптимизация составов бетона и технологических параметров изготовления блоков обделки лефортовского тоннеля (стр. 3 )

2. Прочность бетона при сжатии

Анализ полученных результатов показывает, что требуемая прочность бетона – 60 МПа (класс В45) достигается при всех используемых расходах цемента – от 280 кг/м3 до 400 кг/м3. Однако, по мере увеличения расхода цемента марочная прочность бетонов растет, достигая 70-80 МПа (классы В50-В60).

На рис.4-10 представлены данные, отражающие влияние варьируемых факторов на прочность бетона. Влияние расхода цемента и дозировки модификатора на прочность бетона на сжатие при тепловлажностной обработке (t=+45¸50оС) в возрасте 10-12 часов, 1, 6¸9 и 28 суток приведены на рис.4.

Бетоны, изготовленные с расходом цемента 300-320 кг/м3 и выше, достигают прочности 60 МПа в 6-9 суток твердения. Прочность бетонов в 10-12 часов твердения равная 18-20 МПа в условиях данного эксперимента достигается при расходе цемента 320 кг/м3 и выше. В суточном возрасте бетоны с этими расходами цемента имеют прочность 35-43 МПа.

Рис.5 представляет данные зависимости прочности бетона, в состав которого входят модификатор МБ-С и структурообразующая добавка СНВ, от водотвердого отношения: с увеличением величины В/(Ц+МБ) прочность бетона снижается, однако, величина снижения падает по мере увеличения возраста бетона. Так, если в возрасте 10-12 часов эта разница составляет до 50% (10 МПа), то в возрасте 28 суток только 6% (4 МПа).

Увеличение дозировки модификатора от 12% до 17% массы цемента незначительно, на 3-5 МПа изменяет прочность бетона во все сроки твердения, но делает более технологичной бетонную смесь.

Минеральная часть модификатора бетона МБ-С состоит из микрокремнезема и золы-уноса, содержание которой варьируется в широком диапазоне. Как показали результаты проведенного эксперимента (рис.6), увеличение содержания золы-уноса в составе модификатора оказывает отрицательное влияние на прочность бетона при сжатии. Из приведенных графи-

ков видно, что увеличение количества золы-уноса от 50% до 70% в составе минеральной части модификатора снижает прочность бетонов в 28-суточном возрасте на 5-10 МПа, однако, требуемая прочность бетона 60 МПа была достигнута во всех экспериментах, результаты которых представлены на данном рисунке. То же самое можно сказать о прочностных показателях бетонов в возрасте 10-12 часов, хотя снижение прочности (при сравнении составов с 50% и 70% золы-уноса в составе МБ-С) достигало 15 МПа (рис.6б).

Следует отметить, что прочность в 18 МПа, требуемая в этом возрасте, достигнута в случае применения модификатора, в состав которого входит 4-6% СП С-3. По мере увеличения возраста бетона интенсивность снижения прочности уменьшается и к 28-суточному возрасту она составляет порядка 20 %. При этом марочная прочность в 60 МПа достигается во всех исследованных составах бетона. На рис.8 показано влияние соотношения песок/щебень на прочность бетонов. Получен результат, показывающий, что во все сроки испытания максимальной прочностью обладают бетоны, в составе которых соотношение песок/щебень составляет 0,75-0,80. Этот результат получен, несмотря на то, что те же составы бетонов имеют максимальный объем вовлеченного воздуха рис.3. Этот факт мож-

В процессе проведения эксперимента определялось влияние на прочность бетонов количества СП С-3, в состав модификатора. Для этого были изготовлены бетоны с различными марками модификатора (МБ 8-50С; МБ 6-50С; МБ 4-50С), содержащими в своем составе, соответственно, 8, 6, 4% суперпластификатора С-3. Полученные результаты показывают (рис.7), что с увеличением количества суперпластификатора С-3 от 4% до 8% прочность бетона максимально падает в возрасте 10-12 часов на 57%.

но объяснить тем, что при использовании данных материалов, указанное соотношение песка и щебня, а также расхода цемента и модификатора создают наиболее плотную структуру бетона.

Что касается марочной прочности бетона в данном эксперименте, то она при всех соотношениях П/Щ удовлетворяет поставленным требованиям. Требуемая прочность в 10-12 часовом возрасте (при условии tб max= +40оС) достигается при том же соотношении песок/щебень, равном 0,75-0,80.

Данные, представленные на рис.9, свидетельствуют о том, что величина максимальной крупности заполнителя не влияет на прочность бетона во все сроки твердения: как показывает эксперимент, разница составляет 4-10%.

а)

 

Ц=300 кг/м3 МБ 4-50С=45 кг/м3 В/Т=0,34 ОК=1 см

б)

0,5 1 3 7 28

 

Ц=300 кг/м3 МБ 4-70С=45 кг/м3 В/Т=0,34 ОК=1 см

0,5 1 3 7 28

- фракционный состав щебня (5-10 мм=35%, 10-20 мм=65%) состав № 20 - фракционный состав щебня (5-10 мм=30%, 10-20%мм=40%, 20-40 мм=30%) состав № 19

Рис.9. Влияние размера крупного заполнителя на прочность бетона при сжатии

а) бетоны с модификатором МБ 4-50С

б) бетоны с модификатором МБ 4-70С

Значительно большее негативное влияние на прочность бетона, особенно в ранние сроки твердения (как и было показано ранее на рис.6) оказывает количество золы-уноса в составе минеральной части модификатора.

бетонов, твердеющих при температурах +20оС и +50оС видно, насколько более интенсивно идет нарастание прочности бетона при более высокой температуре. При расходе модификатора 12% и цемента 350 кг/м3 прочность бетона 18 МПа достигается менее, чем за 10 часов, а при расходе цемента 300-320 кг/м3 – за 12-14 часов. В то же время при температуре +20оС эта величина прочности достигается соответственно через 1,5 и через 2 суток. Такая же зависимость имеет место и при исследовании бетонов с 17% модификатора. С течением времени (в пределах 3 суток эксперимента) разница в прочностях бетонов, твердеющих при более низких и более высоких температурах сокращается. Если максимальное раз-

Как известно, температура твердения бетона в значительной степени влияет на процессы структурообразования. Результаты, полученные в процессе проведения данного эксперимента, полностью подтверждают это положение (Рис.10). Сравнивая прочности

личие в возрасте 1 суток составляло 30-35 МПа, то к 3-х-суточному возрасту оно сократилось до 10-11 МПа.

В заключительной части работы был подобран состав бетона с расходом цемента 280 кг/м3 и модификатором МБ 4-50С в количестве 50 кг/м3 (состав № 21 табл.2). Как показали результаты испытаний (состав № 21 табл.3) прочность бетона 19,5 МПа достигается в течение 10-12 часов твердения при медленном подъеме температуры от +22оС до +58оС. В возрасте 28 суток нормального твердения бетон имеет прочность на сжатие 70,3 МПа, что соответствует классу В50.

3. Кинетика тепловыделения

При производстве массивных сборных железобетонных элементов тепловыделение бетона играет существенную роль. С ним нельзя не считаться в общем энергетическом балансе тепла, расходуемого при термической обработке изделий для ускорения вызревания бетона и выбора режима тепловой обработки изделий.

Вместе с тем при производстве массивных изделий, тепловыделение бетона приходится рассматривать как неблагоприятный фактор, поскольку оно приводит к саморазогреву ядра бетонного блока. Последующее естественное остывание обуславливает неравномерное распределение температуры в бетонном блоке, вызывает большие термические напряжения и, как следствие, образование термических трещин в железобетонных изделиях.

Для предотвращения термического трещинообразования в железобетонных изделиях принимаются меры направленные на уменьшение саморазогрева бетона и обеспечение благоприятного температурно-влажностного режима при его твердении.

К наиболее простым мерам относятся:

-  использование низких расходов цемента;

-  введение в бетонную смесь активных минеральных добавок;

-  применение химических добавок пластификаторов и регуляторов твердения бетонов.

Для достижения данных температурных параметров твердения бетона было рекомендовано: