ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО БЕТОНА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО БЕТОНА

Бигулаев Александр Александрович

канд. техн. наук, доц., ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»,

 РФ, г. Владикавказ

Дзапаров Марат Эдуардович

магистрант, ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»,

 РФ, г. Владикавказ

Дзапаров Артур Эдуардович

магистрант, ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»,

 РФ, г. Владикавказ

Джаджиев Дмитрий Хсарбегович

магистрант, ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»,

 РФ, г. Владикавказ

Бигулаева Ксения Александровна

студент, ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»,

 РФ, г. Владикавказ

THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF CHEMICAL ADDITIVES IN THE PRODUCTION OF HIGH-QUALITY CONCRETE

Alexander Bigulaev

Marat Dzaparov

Artur Dzaparov

Dmitry Djadzhiev

Ksenia Bigulaeva

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается эффективность использования химических добавок при производстве высококачественного бетона. Данная работа является актуальной на сегодняшний день, поскольку влияние пластификаторов на реологические свойства бетона делает строительство объектов дешевле, а также повышается качество конструкций. Рассматриваются лабораторные замесы бетона контрольного образца без добавок и с добавками трех видов, а их результаты приводятся в табличном виде.

ABSTRACT

The article discusses the effectiveness of the use of chemical additives in the production of high-quality concrete. This work is relevant today, because the influence of plasticizers on the rheological properties of concrete makes the construction of objects cheaper, and also improves the quality of structures. Laboratory mixes of concrete of the control sample without additives and with additives of three types are considered, and their results are given in tabular form.

Ключевые слова: бетон, цемент, добавки, смеси, замес, состав, заполнитель, удобоукладываемость, эффективность.

Keywords: concrete, cement, additives, mixtures, kneading, composition, filler, workability, efficiency.

Введение

Производство товарного бетона является одним из сложных сегментов строительной индустрии и при этом является наиболее часто применяемым строительным материалом. Поэтому одна из наиболее важных операций в технологии изготовления бетона это правильный расчет состава бетонной смеси. Состав бетонной смеси подобранный с применением имеющихся материалов должен обеспечить получение бетона и бетонной смеси необходимой подвижности или удобоукладываемости.

Изготовление лабораторных замесов бетона контрольного образца без добавок и с добавками Glenium SKY 591, Д-5 и Цмид-4

Порядок проектирования состава бетона производился по известным методикам согласно [1]. За проектный класс бетоны был выбран бетон В25 М350 со средней проектной прочностью 327,4 кгс/см².

При проведении экспериментальных исследований в качестве основных исходных компонентов для получения бетона использовались:

– портландцемент ПЦ 500;

– в качестве крупного заполнителя применялся щебень фракций 5-20 мм;

– в качестве мелкого заполнителя применялся песок с модулем крупности М_к=2,8.

Для выявления эффективности добавок Цмид-4, Д-5 и Glenium SKY 591 на основные физико-механические  характеристики бетонной смеси и тяжелых бетонов на их основе был принят состав бетона без химических добавок с заданным значением подвижности 13 см по осадке конуса, соответствующим марке по удобоукладываемости П3.

Подбор состава бетона класса В25 (М 350) с маркой по удобоукладываемости П3 (осадка конуса 11-14 см) сведен в таблицу 1.

Таблица 1.

Состав бетонной смеси на 1 м³  замеса

Для оценки влияния добавок  на подвижность бетонной смеси были определены осадки конусов с Д-5  (дозировка 3 % от массы цемента), Цмид -4 (дозировка 6,5 % от массы цемента) и Glenium SKY 591 (дозировка 1,6 % от массы цемента).

Результаты определения подвижности приведены в таблице 2.

Подвижность всех четырех бетонных смесей была определена с помощью осадки конуса. В конус высотой 300мм, нижним диаметром 200 и верхним 100 мм была уложена бетонная смесь тремя слоями с последующим уплотнением каждого слоя штыковкой диаметром 16 мм. После выравнивания верха бетона конус был снят и металлической линейкой была определена осадка осевшего бетона.

Таблица 2.

Подвижность бетонной смеси

После определения подвижности были изготовлены образцы кубы 100×100×100 мм для определения прочности и морозостойкости, кубы 150×150×150 мм для определения водонепроницаемости в поверенных (калиброванных) формах, соответствующих требованиям [2].

Определение прочности по контрольным образцам

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, необходимых для разрушения специально изготовленных контрольных образцов бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих условиях.

Испытание проводилось согласно [3]. Прочность контрольных образцов и образцов с добавками была определена на 7, 14, 28 сутки твердения в нормальных условиях.

Результаты испытаний образцов на сжатие показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние добавок на прочность и скорость твердения бетона

Для подтверждения теории водоцементного отношения Р.Фере и Н.М. Беляева был построен график зависимости прочности от водоцементного отношения (рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения

Определение водонепроницаемости по контрольным образцам

Водонепроницаемость образцов была определена ускоренным методом по его воздухопроницаемости согласно [4]. Для определения водонепроницаемости были изготовлены  6 кубов с ребрами 150 мм контрольного бетона и бетонов с добавками. Испытания проводились прибором типа «Агама» и измерителем проницаемости вакуумным ВИП 1.3.

Принцип действия приборов основан на определении времени падения вакуумметрического давления, предварительно созданного в вакуумной камере прибора, полость которой имеет герметичный контакт через мастику с поверхностью испытуемого материала. Падение давления в камере обусловлено фильтрацией в нее окружающего воздуха сквозь поры и дефекты материала. Скорость изменения давления зависит от параметра воздухопроницаемости материала или обратного ему значения сопротивления материала проникновению воздуха.

При испытании герметизирующую мастику жгутом диаметром не менее 6 мм укладывают на фланец камеры по его средней линии и соединяют концы. Поверхность для испытания очищается от пленки цементного теста металлической щеткой. Камеру фланцем устанавливают на нижнюю (по условиям формования) поверхность образца и в полости камеры создают разряжение 0.7 кг/см². Далее секундомером определяется время падения давления до 0.65 кг/см². Полученные значения времени падения давления записывают в порядке их возрастания и определяют среднее арифметическое значение двух средних образцов (третьего и четвертого) в качестве параметра, характеризующего воздухопроницаемость бетона в серии.

Марку бетона по водонепроницаемости принимают согласно [4] (рисунок 3).

Рисунок 3. Водонепроницаемость бетона подобранного состава

Определение морозостойкости по контрольным образцам

Морозостойкость бетонных образцов контрольного состава и с применением модифицирующих добавок была определена дилатометрическим методом согласно [5]. Испытание проводилось прибором БЕТОН-ФРОСТ, в основу работы которого положен метод преобразования температурных деформаций водонасыщенного бетонного образца посредством рабочей жидкости – керосина в герметичной измерительной камере.

Для испытания были подготовлены шесть образцов каждого состава, водонасыщенные согласно [6]. Определение морозостойкости было произведено после достижения бетоном проектной прочности. Перед испытанием образцы были погружены в воду на 1/3 на 24 часа, затем уровень воды был поднят на 2/3 с выдерживанием одной сутки, после чего образцы полностью были погружены в воду на 48 часов. По результатам испытаний были определены средние арифметические значения 6 испытаний оформленные в графическом виде (рисунок 4).

Рисунок 4. Морозостойкость бетона подобранного состава

Заключение

Применение добавки, прежде всего, должно быть экономически целесообразно, т. е. должно позволить получить в конечном итоге более дешевый бетон и не привести к повышению его стоимости за счет применения добавки.

На основе анализа научных работ было определено, что химические добавки более эффективны по сравнению с минеральными добавками. Наибольший эффект от минеральных добавок наблюдается при дозировке 50 % от массы цемента, вследствие этого стоимость бетонов возрастает по сравнению с бетонами на основе химических добавок.

В результате экспериментального анализа были определены влияния трех добавок на прочностные характеристики бетона, морозостойкость и водонепроницаемость.

Добавки Цмид-4, Glenium SKY 591 и Д-5 являются высокоэффективными модификаторами бетонов и строительных растворов. Они позволяют повысить на 20-40 % прочность в возрасте 28 суток при дозировках 1.6 – 6 % при снижении водоцементного отношения и уменьшении количества цемента на 30 %. Добавки значительно повышают удобоукладываемость смеси, морозостойкость, воздухововлечение, водонепроницаемость.  При использовании химических добавок наблюдается ранний набор проектной прочности бетона (на 7 сутки), что проводит к снижению сроков строительства.

Целесообразно использовать Цмид-4 и Д-5 в конструкциях, к которым предъявляются комплексные требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости.

Учитывая достаточно высокую стоимость  Glenium SKY 591, применение этой добавки может быть оправдано только в бетонах, к которым предъявляются повышенные требования по прочности.

Список литературы:

1. ГОСТ 27006-2019 «Бетоны. Правила подбора состава».
2. ГОСТ 22685-89 «Формы для изготовления контрольных образцов бетона».
3. ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
4. ГОСТ 12730.5-84 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости».
5. ГОСТ 10060.3-95 «Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости».
6. ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости».