Процесс набора прочности бетона из активированной бетонной смеси и влияние на него марки цемента

УДК 69

ПРОЦЕСС НАБОРА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ИЗ АКТИВИРОВАННОЙ

БЕТОННОЙ СМЕСИ И ВЛИЯНИЕ НА НЕГО МАРКИ ЦЕМЕНТА

Н.Н. Гудкова, А.С. Буслов

Российская академия архитектуры и строительных наук Аннотация

Статья посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям интенсивности набора прочности активированных бетонов. Показано, что после активации бетонной смеси прочность бетона возрастает на всем периоде твердения; наиболее интенсивно прочность активированного бетона нарастает в первые 3—7 суток твердения. При этом в первые 3 -е суток, прочность активированного бетона на 60—50 % выше прочности бетона, приготовленного из обычной бетонной смеси. Далее интенсивность снижается и при возрасте бетона 28—36 суток всего на 19—14 % выше прочности обычного бетона. В предложенной аналитической зависимости логарифмического вида по определению во времени прочности активированного бетона синергетически сочетаются: физико-химическая за счет гидратации, кристаллизации и т.д., и энергетическая за счет увеличения удельной поверхностной энергия при активации — составляющие прочности бетона.

Основной задачей современного монолитного строительства наряду с повышением качества является увеличение темпов производства. В условиях скоростного строительства требуются принципиально новые организационно-технологические решения по способам интенсификации твердения бетона. Наряду с внедрением в строительстве новых вяжущих, определенный эффект также может быть получен при использовании методов активации бетонных смесей [3].

Вопросам активации бетонных смесей и их компонентов посвящены многочисленные исследования, как в нашей стране, так и за рубежом. Проведенный анализ методов активации цементных и бетонных смесей показывает, что все они в той или иной степени положительно сказываются на повышении прочности и деформационной жесткости бетона.

В то же время остается недостаточно изученным вопрос теоретического обоснования повышения деформационно-прочностных показателей активированного бетона. Наряду с достаточно хорошо развитой химико-коагуляционной теорией процесса активации бетонной смеси, недостаточно исследована энергетическая сторона вопроса, которая представляет определенный интерес с точки зрения накопления прочности в материале, испытывающем фазовые структурные превращения при внешних воздействиях.

Недостаточно также изучен характер интенсивности набора прочности бетона из активированной бетонной смеси на всем нормативном периоде твердения и степень влияния на этот процесс марки цемента в составе активированной бетонной смеси. Немаловажным является вопрос влияния режима активации бетонной смеси на деформационно-прочностные свойства молодого бетона.

В связи с вышеизложенным, была поставлена задача проведения комплексных исследований, одним из вопросов программы которых, являлось сравнение прочности бетона, приготовленного соответственно из активированной и неактивированной бетонной смеси при твердении его от 2 до 36 суток. В качестве временных отсчетов принимались возрастные параметры твердения бетона в 2, 3, 4, 5, 7, 10, 20, 28 и 36 суток.

Ключевые слова:

активировация; бетон; прочность; интенсивность; синергетически. История статьи:

Дата поступления в редакцию 11.05.17 Дата принятия к печати 12.05.17

Испытания проводились на образцах-близнецах из замеса одного состава. В качестве образцов для испытаний принимались бетонные кубики размерами 100x100x100 мм. Таким образом, исследовалась куби-ковая прочность бетона в разные сроки его твердения с учетом и без учета активации бетонной смеси. Для комплексного изучения влияния активации на прочностные характеристики твердеющего бетона аналогичные испытания проводились для составов бетонов классов В25 - В45.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что после активации бетонной смеси прочность бетона возрастает на всем периоде твердения. Наиболее интенсивно прочность активированного бетона нарастает в первые 3—7 суток твердения. Так, в первые 3-е суток, прочность активированного бетона на 60—50 % выше прочности бетона, приготовленного из обычной бетонной смеси. Далее интенсивность снижается и при возрасте бетона 28—36 суток всего на 19—14 % выше прочности обычного бетона (рис.1).

Полученные зависимости нарастания прочности активированных и неактивированных бетонов в общем имеют ярко выраженный экспоненциальный характер. Отличия между активированным и неактивированным бетонами заключаются только в степени этих зависимостей, что послужило основой дальнейших аналитических исследований.

Рис. 1. Нарастание во времени прочности бетона классов В25, В30, В40, и В45:  — обычная бетонная смесь;  — активированная бетонная смесь

Рис. 2. Уменьшение влияния активации бетонной смеси на набор прочности бетонов с повышением их класса в % по отношению к активированному бетону В25

Опытные данные изменения во времени I прироста прочности ЛКакт активированного бетона показывают, что интенсивность нарастания прочности активированного бетона в %-ом отношении по сравнению с обычным бетоном уменьшается при повышении его класса. Эти результаты, как в количественном, так и в качественном отношениях, были получены при испытании кубиковой прочности бетонов всех применяемых в исследованиях классов (рис.2).

В теории бетона и железобетона, представляющую собой одну из ветвей механики деформируемого твердого тела, наряду с решениями физико-химической теории прочности, механики разрушения, строительной механики и сопромата, широко используются эмпирические и полуэмпирические зависимости, полученные на основе данных экспериментальных исследований.

Так, известная эмпирическая формула Б.Г.Скрамтаева нарастания прочности по логрифмическому закону от времени широко используется до настоящего времени.

В виду ярко выраженной экспоненциальной зависимости полученных в наших исследованиях опытных данных прочности бетона от времени его твердения, обработка их проводилась в системе натурального логарифма. В результате для обычного бетона получена феноменологическая зависимость вида

Яг = 0,3Я281п г,

где Я28 — кубиковая прочность бетона в возрасте 28 суток, МПа; t — время, сутки.

Для активированного бетона получена аналитическая зависимость прочности RtA виде:

ЯА = о,эж0ехр{Тт ]^281п г •

где N - начальное значение коэффициента активации, б/р;

t — время твердения бетона, сутки;

t — параметр ускорения твердения в зависимости от класса бетона, сутки;

Т28 — нормативное время твердения бетона, 28 суток.

В предложенной зависимости (2) синергетически [2] сочетаются: физико-химическая за счет гидратации, кристаллизации и т.д. (1), и энергетическая за счет увеличения удельной поверхностной энергия при активации () — составляющие прочности бетона.

Энергетическая составляющая в виде коэффициента активации наибольшее влияние оказывает на прочность молодого бетона. По мере набора прочности за счет кристаллизации и твердения бетонной смеси влияние активации снижается. Это учитывается степенью при начальном значении коэффициенте активации N о , представляющую собой экспоненциальную функцию ехр-

Т

\ 128 У

полученную как математическое

ожидание вероятностного марковского процесса «гибели» [1].

Начальное значение коэффициента активации N может быть определено в соответствии с полученными и рекомендуемыми зависимостями на основании опытных данных прочностных испытаний по форму-

пл

ле N0 =_, где RA — опытные значения прочности активированного бетона, R- опытные значения-прочности обычного бетона; либо по увеличению удельной поверхностной энергии по формуле N0 = -у "~ , где уА — удельная поверхностная энергия частиц активированного бетона; у — удельная поверхностная энергия частиц обычного бетона. При этом используемая зависимость прочности от квадратного корня удельной поверхностной энергии принята в соответствии с известным теоретическим решением механики разрушения.

В табл. 1 в качестве примера приводятся экспериментальные данные нарастания прочности R бетона класса В25 с активацией бетонной смеси в сравнении с расчетными значениями

Таблица 1

Опытные данные нарастания во времени t прочности R бетона класса В25 с активацией бетонной смеси в сравнении с расчетными значениями

R,МПа опыт 8,82 13,95 16,97 19,10 23,00 25,40 30,40 32,20 32,80

R,МПа расчет 8,69 13,57 16,86 19,30 22,71 25,90 30,52 32,06 33,03

ехр(- Т~) Т 28 0,931 0,898 0,866 0,836 0,778 0,699 0,489 0,367 0,276

N ехр(-' / Т28) 1,548 1,525 1,502 1,481 1,441 1,389 1,258 1,188 1,138

^сут 2 3 4 5 7 10 20 28 36

Как видно из табл. 1, опытные и расчетные значения нарастания во времени прочности активированного бетона достаточно близки между собой, что позволяет рекомендовать полученную зависимость (2) для практического использования.

л

Величину N0 можно определить по данным прочности R ^ бетонного кубика из активированного бетона в любой из периодов его твердения ti, а также известного значения прочности обычного бетона 28 , используя следующую зависимость (3), полученную из формулы (2):

N о =

ti +tn

3,3Rf Y ^

R,„ ln t

Например, по данным испытаний бетонного кубика 100х100х100 мм из бетона класса В25 имеем R28 = 27 МПа. Для активированного бетона, приготовленного из той же бетонной смеси имеем R 41 =16,7 МПа при возрасте молодого бетона 4 суток. Подставив, имеющиеся данные в формулу (2), получим

23J6lf = ,,563 •

ч27 -1,386)

Видно, что начальное (нулевое) значение коэффициента активации больше, чем все остальные, начиная от 2 суток выдержки бетона и далее.

Физический смысл коэффициента активации можно понять при рассмотрении зависимости известной теоретической прочности, полученной на основе уравнения энергетического баланса деформируемого тела.

При активации происходит дробление, диспергирование материала, в результате чего увеличивается удельная поверхностная энергия у. Как показали исследования ряда авторов, диспергация в виде сухого домола цемента увеличивает удельную поверхность на 1000-2000 см2/г, что существенно превышает ее начальное значение. По аналогии, к начальному моменту схватывания удельная поверхностная энергия у активированной бетонной смеси за счет диспергации в 2—3 раза выше, чем до активации. Соответственно,

отношение N = — = _ |(2'"3)y 2...3 = 1,41 ...1,73. Таким образом, теоретическое значение начального коэф-

0 R V Y

фициента активации в среднем составляет N0 =1,57, что достаточно близко соответствует полученным нами опытным данным.

С увеличением времени твердения бетона, кристаллизацией и образованием цементного камня уменьшается начальное значение межатомного расстояния rn и соответственно уменьшается влияние параметра у, что также подтверждается результатами проведенных нами исследований.

Таким образом, полученная зависимость (2) для определения прочности активированного бетона позволяет оценить время распалубки, безопасное с точки зрения обеспечения несущей способности бетонных и железобетонных конструкций при значительном сокращении сроков твердения бетона за счет активации бетонных смесей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баруча-Рид А.Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения. Изд-во «Наука», М. 1969. 511 с.

2. Буслов А.С., Гудкова Н.Н. Энергетические основы повышения прочности бетона при активации бетонной смеси. Материалы XVII международного семинара «Технологические проблемы прочности». Подольск, 25-26 июня 2010г.

3. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. — Л.: Стройиздат,1983г. — 160с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гудкова Н.Н, Буслов А.С. Процесс набора прочности бетона из активированной бетонной смеси и влияние на него марки цемента. — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 34—37.

PROCESS OF THE SET OF DURABILITY OF CONCRETE OF THE ACTIVATED

CONCRETE MIX AND INFLUENCE OF CEMENT BRAND ON IT

Gudkova N. N., Buslov A.S., Russian Academy of Architecture and Building Sciences

Ю.В. Николенко, Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова

Abstract

Article is devoted to experimental and theoretical researches of intensity of a set of durability of the activated concrete. It is shown that after activation of concrete mix durability of concrete increases on the entire period of curing; most intensively durability of the activated concrete increases in the first 3—7 days of curing. Thus in the first 3 - e days, durability of the activated concrete is 60—50% higher than durability of the concrete prepared from usual concrete mix. Further intensity decreases and at age of concrete of 28—36 days durabilities of usual concrete are only 19—14% higher.

In the offered analytical dependence of a logarithmic look by definition in time of durability of the activated concrete synergetic are combined: physical and chemical due to hydration, crystallization, etc., and power at the expense of increase specific superficial energy at activation — the making concrete durabilities.

Keywords:

the activated concrete; durability; intensity; synergetic. Date of receipt in edition: 11.05.17

Date of acceptance for printing: 12.05.17

УДК 69

ПРИМЕНЕНИЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОНОВ В МОНОЛИТНОМ ДОМОСТРОЕНИИ

Ю.В. Николенко, Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова Российский университет дружбы народов

Аннотация

Применение самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении позволит сократить трудозатраты на возведение несущих конструкций и, соответственно, уменьшить сроки строительства. В настоящее время в нашей стране кроме рекламы этого вида бетонов глубоких комплексных исследований не проводилось. Описываемые свойства самоуплотняющихся бетонов (СУБ) это по своей сути реклама модных суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов и полиакрилатов.

Ключевые слова:

самоуплотняющийся бетон, литая бетонная смесь, суперпластификатор, поликарбоксилаты, прочность бетона, осадка стандартного конуса. История статьи:

Дата поступления в редакцию 14.04.17 Дата принятия к печати 18.04.17

Основные технологические достоинства бетонных смесей с такими добавками это равномерное растекание по формам под действием гравитационных сил, что исключает применение вибраторов при их укладке. Однако, эти бетонные смеси очень чувствительны даже к небольшим отклонениям от проектного состава, требуют при приготовлении их достаточно чистых (мытых) заполнителей с точным соблюдением расчетного гранулометрического состава, а так же строгого выполнения технологии бетонирования и обязательного ухода за уложенным бетоном.

В нашей стране еще в начале восьмидесятых годов прошлого века проводились аналогичные работы с применением отечественных суперпластификаторов. Назывались такие бетоны литыми. Эти бетоны прошли апробацию и были внедрены на строительстве ответственных объектов. Кроме того, в середине восьмидесятых годов разработаны и испытаны вяжущие низкой водопотребности (ВНВ). На основе новых вяжущих подобраны составы литых бетонных смесей. Основными ингредиентами этих вяжущих являлись портландцемент, тонкомолотый строительный песок и суперпластификатор С-3. По составу литые бетонные смеси на ВНВ аналогичны предлагаемым составам современных самоуплотняющихся бетонов, но они были разработаны и испытаны на несколько лет ранее.