Повышение качества бетонных работ в условиях сухого жаркого климата

Николай Константинович Пономарев родился в 1949 г., в 1977 г.

Окончил РУДН. Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Гидравлики и гидротехнических сооружений инженерного факультета РУДН. Автор 48 научных работ в области гидравлики нижних бьефов, каналов и водосбросов.

N.K. Ponomarev (b. 1949) graduated from People's Friendship University of Russia in 1977, PhD(Eng), ass. Professor, Head of hydraulics and hydraulic engineering Department. Author of 48 scientific works in the Field of hydraulics down-stream water, channels and spillways.

УДК. 666.972.124

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА A.A. Воробьев, В.И. Елфимов

Кафедра: ПС ПГС иГиГС Российский университет дружбы народов 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Приведены результаты исследований изменения подвижности бетонных смесей с разными органическими и минеральными добавками в условиях сухого жаркого климата. Изучено влияние этих добавок на прочность бетона, твердевшего в таких условиях. Даны рекомендации по снижению деструктивных процессов в бетоне в ранние сроки твердения и по экономии цемента при производстве бетонных работ в регионах с сухим жарким климатом.

В условиях сухого жаркого климата бетонные смеси после выхода из бетономешалки имеют температуру около 30° С. Поэтому одной из важнейших задач при производстве бетонных работ в таких регионах является обеспечение требуемой консистенции бетонной смеси при укладке в опалубку, т.к. под действием высокой температуры окружающей среды ускоряются как процессы гидратации и схватывания цемента, так и структурообразования бетона, приводящие в итоге к потере бетонной смесью подвижности. Несомненно, последнему способствует также интенсивное испарение из свежеприготовленной бетонной смеси воды затворения и присущая ей при повышенной температуре более высокая водопотреб-ность.

Поэтому без проведения специальных мероприятий для обеспечения заданной прочности бетона при равноконсистентных смесях в таких условиях требуется увеличивать расход цемента с учетом его водопотребности при различных температурах. Увеличение его, по данным НИИЖБ, составляет не менее 1-2 кг/ °С и зависит от водоцементного отношения. В силу этого для уменьшения или устранения перерасхода цемента при производстве бетонных работ в сухую жаркую погоду, а также обеспечения в момент укладки в опалубку требуемой (заданной) подвижности бетонной смеси с учетом продолжительности ее перевозки от места приготовления к месту производства работ или выдерживания до укладки необходимо введение в ее состав пластифицирующих и минеральных добавок.

Ниже приведены результаты исследований влияния некоторых пластифицирующих добавок (СДБ и ВРП-1) и карбонатных микронаполнителей на подвижность и жизнеспособность бетонных смесей при повышенных температурах воздушной среды и более низких расходах цемента.

В исследованиях использовались клинкерный портландцемент ГОД 400-Д0 Подольского цементного завода, песок с Мк = 2.3, карбонатный щебень с наибольшей крупностью зерен 10 мм и карбонатные микронаполнители (известняк и доломит) с удельной поверхностью по воздухопроницаемости около 250 м2/кг.

Объектом исследования была бетонная смесь с осадкой конуса 4-6 см и расходом цемента 300 кг/м3 бетона.

Результаты исследований показывают, что водопотребность бетонной смеси в значительной степени определяется ее температурой. Так, при изменении последней от 18 до 30°С начальная подвижность смеси уменьшается с 12.5 см до 4.5 см. Однако изменение ее в рассматриваемом температурном интервале происходит неравномерно.

Если при увеличении температуры смеси с 18° С до 24° С она уменьшается на 5 см, то при последующем ее повышении на 6° С - только на 3 см.

Примерно такая же закономерность изменения подвижности бетонной смеси от температуры наблюдается и при введении в состав бетона взамен 20 % цемента такого же количества карбонатных микронаполнителей, хотя абсолютные значения ее в последнем случае на 0.5-1 см выше, чем смесей контрольного состава. Объясняется это тем, что водопотребность использованных в работе карбонатных микронаполнителей примерно на 24 % ниже водопотребности заменяемого ими цемента (табл. 1).

Таблица 1

Изменение водопотребности карбонатных добавок в зависимости от дисперсности

№ п/п Наименование материалов Дисперсность, м2/кг Нормальная густота, % Относительная водопотребность, %

1. Цемент 320 24.0 100

2. Известняк 240 18.25 76

3. Известняк 450 19.75 82.3

4. Известняк 600 21.25 88.5

5. Известняк 800 25.0 104

При введении в бетонные смеси с температурой около 30° С указанных выше пластифицирующих добавок подвижность их по сравнению с контрольной повышается, но интенсивность изменения ее у них разная. Объясняется это, видимо, тем, что содержащийся в СДБ древесный сахар удлиняет сроки схватывания цемента. Поэтому при введении СДБ в количествах 0.05-0.15 % массы цемента подвижность смесей увеличивается с 4.5 см соответственно до 7 и 13.5 см, а при добавке ВРП-1 в количествах 0.01-0.05 % массы цемента -до 6 и 9.5 см или на 20-30 % меньше. Если же эти добавки вводить в бетонные смеси с карбонатными микронаполнителями, то по сравнению с предыдущими результатами повышения ее практически не происходит (увеличивается на 0.5 см).

При монолитном домостроении большое внимание уделяют также жизнеспособности бетонных смесей, т.к. по ряду причин они не всегда могут быть сразу после приготовления уложены в опалубку и уплотнены.

Изучение этой проблемы показало, что при выдерживании бетонных смесей при температуре воздуха около 40° С и относительной влажности около 20 % подвижность их как с пластифицирующими добавками (СДБ, ВРП-1), так и без них со временем уменьшается. Причем наиболее интенсивно она уменьшается у бетонных смесей с добавкой СДБ, а наименее интенсивно - у смесей с добавками ВРП-1 и карбонатным микронаполнителем. Но тем не менее проектной величины осадки конуса они достигают примерно через одинаковое время (30 и 35 мин), хотя с последними добавками первоначальная подвижность смеси была на 4.5 см меньше. Следует заметить, что аналогичная закономерность изменения подвижности бетонной смеси с такими же пластифицирующими добавками при выдерживании ее в условиях сухого жаркого климата была установлена Л.А. Малининой, P.C. Абрамовой и И.А. Белоусовым. В силу этого из изложенного выше следует, что для сохранения заданной подвижности бетонной смеси к моменту ее укладки в опалубку необходимо либо приготавливать смесь с более высокой подвижностью, либо вводить пластифицирующие добавки совместно с карбонатным макронаполнителем. Дозировку указанных добавок следует устанавливать опытным путем, исходя из требуемой консистенции бетонной смеси и темпера-

турно-влажностных условий в районе производства работ.

При твердении свежеуложенного бетона в условиях сухого жаркого климата происходит, как известно, ухудшение его структуры и физико-механических свойств. Причем, по данным многих российских и зарубежных ученых, прочность бетона, твердеющего в таких условиях, зависит от многих факторов и может быть на 50-70 % ниже проектной.

Ниже приведены результаты прочности бетона марки 200 с В/Ц = 0.615 и расходом цемента 285 кг/м3, твердевшего без ухода при температуре 40° С и относительной влажности воздуха около 20 % (табл. 2). Анализ их показывает, что по сравнению с контрольным составом, т.е. составом бетона без пластифицирующих добавок, прочность бетона с водорастворимым полимером (ВРП-1) во все сроки твердения более высокая, тогда как с добавкой СДБ она примерно на 5 % ниже. Происходит это, по-видимому, в силу того, что при использовании первой добавки на цементных зернах адсорбируются пленки из синтетических ароматических оксикарбоновых кислот, которые уменьшают водопотери и оказывают более благоприятное воздействие на процессы гидратации вяжущего. Именно этим можно объяснить также и более плавное во времени понижение подвижности бетонной смеси с этой добавкой.

Таблица 2

Изменение прочности бетона при твердении без ухода в условиях сухого жаркого климата

Вид добавки Количество добавки, % массы Осадка конуса, см Прочность бетона при сжатии, МПа / %, твердевшего, сут

в естественных условиях в нормальных условиях

1 3 7 14 28 28

- - 5.0 5.5/100 101/100 12.6/100 14/100 14.7/100 22.7

ВРП-1 0.015 6.5 6.1/111 11.4/113 13.8/110 15.3/109 17.0/116 23.1

ВРП-1 0.02 7.5 6.0/109 10.6/105 13.7/109 15.6/111 17.7/120 23.1

ВРП-1 0.03 8.5 6.4/116 11.7/116 14.3/113 15.9/114 17.7/120 23.6

ВРП-1 0.05 9.5 6.2/113 11.5/114 14.2/113 15.5/111 17.9/122 23.0

ВРП-1 0.10 8.5 5.1/93 10.3/102 13.1/104 15.9/119 17.1/116 22.5

СДБ 0.15 13.5 5.2/95 9.7/96 11.8/94 13.4/96 13.9/95 22.0

Если же сопоставить упомянутые выше данные с прочностью образцов нормального твердения, то недобор прочности через 28 суток твердения составляет соответственно 25 и 37 %.

Что касается прочности бетона без добавок, то в 28-суточном возрасте она примерно на 35 % ниже прочности образцов, хранившихся в лаборатории в мокрых сггалках при температуре воздуха около 20° С.

В процессе работы исследовалось также влияние предварительной выдержки отформованных образцов на прочность бетона. Результаты испытаний показали, что если отформованные образцы поместить в сушильную камеру с указанными выше параметрами не через 24 часа после их изготовления, а через 6-7 часов, то прочность бетона без добавок в 28-суточном возрасте составляет 10.9 МПА, а с оптимальной дозировкой ВРП-1 - 14.1 МПа или соответственно на 26 и 20 % ниже. При сравнении полученных данных с прочностью образцов нормального твердения недобор прочности бетона в этом случае составляет 52 и 40 % или в среднем на 17 % ниже, чем при суточной предварительной выдержке в лабораторных условиях.

Таким образом, при твердении свежеуложенного бетона без ухода в условиях сухого жаркого климата прочность бетона нормального твердения уменьшается тем значительнее,

чем раньше он подвергается воздействию высокой температуры окружающей среды. Поэтому для обеспечения получения заданной прочности бетона в таких условиях наряду с увеличением расхода цемента и введением пластифицирующих добавок необходим начальный уход за ним для создания благоприятных условий для процессов гидратации цемента и формирования начальной структуры бетона. Начинать его следует сразу после окончания укладки и уплотнения бетонной смеси.

Ниже приведен анализ результатов исследований по сокращению расхода цемента при выполнении бетонных работ в условиях сухого жаркого климата. Из проведенных исследований следует, что при замещении части цемента карбонатной добавкой с удельной поверхностью 240 м2/кг прочность бетона независимо от условий твердения увеличивается. Причем, если при твердении в нормальных условиях она при 10-, 20- и 30- процентной дозировке известняка повышается по сравнению с прочностью бетона без него соответственно на 5.7, 11.9 и 9.25 %, то при твердении в естественных условиях без ухода - на 8.8, 17.1 и 13.6 %. Однако, несмотря на такое повышение, абсолютные значения ее ниже заданной, соответствующей классу бетона В 15. Поэтому для получения требуемой прочности при равноконсистентных смесях необходимо в состав бетона с 20- процентной добавкой известняка вводить и ВРП-1 в количестве 0.03-0.05 % массы цемента, т.к. при содержании его в составе создаются более благоприятные условия твердения бетона.

Таким образом, при производстве бетонных работ в условиях сухого климата наиболее целесообразно применять бетонные смеси с пластифицирующими добавками типа ВРП-1 и карбонатным микронаполнителем, поскольку при содержании их в оптимальных количествах в составе бетона повышается подвижность и жизнеспособность бетонных смесей, менее значительно проявляются деструктивные процессы в бетоне в ранние сроки твердения и экономится до 20 % цемента без снижения прочности.

IMPROVEMENT QUALITY OF CONCRETE WORKS IN CONDITIONS OF DRY-HOT CLIMATE

A.A. Vorobjev, V.I. Elfimov

Faculty af Engineering People's Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya st., 6, 117198 Moscow, Russia

In this article we give the results of the cocrete mixtures mobility’s changes with diffemt organic and mineral admixtures in conditions of dry-hot climate.

The influend of these admixtures on the strength of concrete, hardening under snon conditions, was studied.

The recomendations to decrease conctete destruction processes in early hardness period and to economize cement for production concrete works in redions with hot-dry climate, are given.

Елфимов Валерий Иванович родился в 1945 г. Кандидат технических наук, доцент. Выпускник 1973 г. Окончил инженерный факультет по кафедре «Гидравлика и гидротехнические сооружения», специальность «Строительство». В 1984 г. по настоящее время - доцент кафедры «Гидравлика и гидротехнические сооружения». Автор более 30 публикаций.

Elfimov V. est né en 1945. Candidat es sciences techniqurs, maitre de conference. Il a terminé l’université de l’amitié des peuples à 1973 dans la spécialité ‘Bâtiment’ selon la qualification de l’ingenieur du betiment. En 1975 a commencé à fravailler dans la même université en quantité l’assistant de la chaire “Hydroligne et aménagements hydroliques”. En 1984 est dévenu le maitre de conference de la même chaire. Il est l’auteur plus que 30 articles scintifiques.