УДК 691.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Карагандинский государственный технический университет, Казахстан
Обеспечение технологических свойств бетонных смесей, соответствующих условиям их приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения, является одной из основных задач при назначении состава бетона. Учитывая значительное влияние, которые вид и свойства вяжущих оказывают на технологические свойства бетонных смесей, были исследованы основные закономерности изменения свойств бетонных смесей на основе различных видов малоклинкерных вяжущих (МКВ), в том числе изменение их удобоукладываемости в зависимости от расхода воды затворения, вида минеральной добавки в составе вяжущего, величины r (доля песка в смеси заполнителей) и других факторов, а также сохраняемость бетонных смесей, т. е. способность сохранения удобоукладываемости при длительном выдерживании перед укладкой.
Результаты стандартных испытаний малоклинкерных вяжущих различных видов и составов и их сопоставление с результатами испытаний исходных цементов показывают, что они характеризуются близкими показателями нормальной густоты несмотря на высокую водопотребность входящих в состав малоклинкерных вяжущих минеральных добавок, таких как зола-унос и зола гидроудаления. Это, очевидно, связано с адсорбцией молекул суперпластификатора на поверхности клинкерных зерен и частиц минеральных добавок и является следствием механохимической активации. В то же время обращает на себя внимание несоответствие между показателями нормальной густоты и водопотребностью стандартных растворов на основе малоклинкерных вяжущих. Из представленных данных следует, что при равных значениях нормальной густоты водопотребность растворов на малоклинкерных вяжущих на 8-10% ниже водопотребности растворов на исходных портландцементах. В связи с этим определение удобоукладываемости бетонных смесей проводилось в широком диапазоне изменения расхода воды затворения. Причем наряду с определением осадки конуса бетонных смесей проводилось определение показателей их жесткости по ГОСТ 10181.1. Результаты испытаний бетонных смесей на малоклинкерных вяжущих на основе Воскресенского портландцемента и золы ТЭЦ-22 показывают, что для смесей на основе МКВ характерны те же зависимости удобоукладываемости от расхода воды затворения, что и для смесей на исходном портландцементе.
Отличительной особенностью смесей на основе МКВ является несколько большая чувствительность к изменению расхода воды затворения, которая возрастает с увеличением в вяжущем клинкерной составляющей. Эта особенность бетонных смесей на малоклинкерных вяжущих, как и отмечаемое выше снижение водопотребности растворов, может быть связано с изменением объема цементного теста вследствие разности плотностей традиционных клинкерных цементов и вяжущих с повышенным содержанием минеральных добавок. Влияние цементного теста на внутреннее трение бетонной смеси и, соответственно, ее удобоукладываемость, определяется толщиной прослоек цементного теста между зернами заполнителя "б", которая может быть определена по формуле (1):
, (1)
где ЦТ - содержание цементного теста, л;
V - объем пустот в заполнителе, л;
S - удельная поверхность смеси заполнителей, м2/л.
При прочих равных условиях, т. е. одинаковых заполнителях и равных значениях r (доля песка в смеси заполнителей), удобоукладываемость бетонной смеси зависит прежде всего от содержания цементного теста.
В рассматриваемом эксперименте бетонные смеси изготавливались при постоянном расходе вяжущего (350 кг/м3) с использованием одинаковых заполнителей и при постоянном значении r, равном 0,4. Плотность используемых вяжущих при испытании по ГОСТ 310.3 составила: МКВ-10 - 2,468 г/см3, МКВ-20 - 2,57г/см3, МКВ-30 - 2,66 г/см3. При постоянном расходе воды, например, 200 л/м3, толщина прослоек цементного теста б без учета водопоглощения заполнителя составляет:
, л (2)
где Вяж - расход вяжущего на 1м3 бетона, кг;
ρ - плотность вяжущего, г/см3.
Значение б при использовании портландцемента с плотностью 3,1г/см3 составляет:
л.
При использовании различных видов МКВ с меньшей плотностью объем цементного теста соответственно увеличивается и составляет:
л;
л;
л.
Таким образом, расчетное содержание цементного теста в бетонных смесях на основе МКВ возрастает на 6-9% по сравнению со смесями на исходном цементе, причем тем больше, чем выше содержание в бетоне минеральной добавки и чем ниже плотность вяжущего. Таким образом, по эффекту снижения жесткости бетонных смесей применение МКВ эквивалентно увеличению объема цементного теста на 20-30 л, что при одинаковом расходе воды и водовяжущем отношении равном 0,57 (расход воды - 200 л/м3, расход вяжущего - 350 кг/м3) соответствует повышению расхода цемента на 22-34 кг/м3 (т. е. на 6-9,5%).
При использовании МКВ с минеральными добавками, плотность которых выше плотности золы гидроудаления (буроугольная зола, доменный гранулированный шлак) разница в содержании цементного теста по сравнению со смесями на исходном портландцементе сокращается, вследствие чего показатель жесткости смесей на малоклинкерных вяжущих существенно меньше отличается от жесткости смесей на портландцементе.
Важными технологическими характеристиками бетонных смесей являются стойкость к раствороотделению и водоотделению, а также сохраняемость формовочных свойств во времени. Значимость этих характеристик предопределила нормирование их показателей действующими стандартами.
Приведенные в таблице 1 данные показывают, что величина раствороотделения бетонных смесей на основе МКВ, как правило, не превышает нормативных показателей. С уменьшением содержания клинкерного цемента в вяжущем раствороотделение возрастает, как и при увеличении расхода вяжущего. В зависимости от вида минеральной добавки раствороотделение возрастает в последовательности: зола ТЭЦ-22 - зола КАТЭК - доменный гранулированный шлак. Следует отметить, что увеличение раствороотделения при повышении расхода вяжущего на 1 м3 бетона в значительно большей степени характерно для смесей на МКВ, содержащих в качестве минеральной добавки доменный гранулированный шлак. При использовании золы и золошлаковых отходов увеличение расхода МКВ сопровождается незначительным повышением показателя раствороотделения (зола КАТЭК) или его стабилизацией (зола гидроудаления ТЭЦ-22).
Таблица 1
Показатели раствороотделения бетонных смесей
№ | Вяжущее | Минеральная добавка | Расход вяжущего, кг/м3 | Раствороотделение, % |
1 2 3 | ПЦ(В) | - | 300 400 500 | 3,7 4,6 5,1 |
4 5 6 | МКВ-10 | Зола ТЭЦ-22 | 300 400 500 | 3,8 3,7 3,6 |
7 8 9 | МКВ-20 | Зола ТЭЦ-22 | 300 400 500 | 3,0 3,5 3,3 |
10 11 12 | МКВ-30 | Зола ТЭЦ-22 | 300 400 500 | 1,8 2,1 2,0 |
13 14 15 | МКВ-20 | Зола КАТЭК | 300 400 500 | 3,4 3,7 4,1 |
16 17 18 | МКВ-20 | Доменный шлак | 300 400 500 | 3,8 4,3 4,6 |
В зависимости от вида минеральной добавки при равном содержании клинкерной составляющей в МКВ сохраняемость бетонных смесей возрастает в последовательности: зола КАТЭК - доменный шлак - зола гидроудаления, что в целом соответствует удлинению сроков схватывания вяжущих и проявляется наиболее отчетливо при испытании жестких бетонных смесей.
Таким образом, проведенные испытания выявили высокие технологические свойства бетонных смесей на основе МКВ, что выражается в улучшении по сравнению со смесями на исходных цементах виброформовочных свойств, стойкости к раствороотделению и сохраняемости и связано с увеличением объемного содержания цементного теста и значения истинного водоцементного отношения.
