Деформационные свойства легкого конструкционного самоуплотняющегося бетона

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

УДК 666.973.2 Бычков М.В., Удодов С.А.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕГКОГО КОНСТРУКЦИОННОГО САМОУПЛОТНЯЮЩЕГОСЯ БЕТОНА

Bychkov M. V., Udodov S. A.

DEFORMATION PROPERTIES OF LIGHT SELF - COMPACTING CONCRETE

В статье рассматриваются деформационные свойства легкого самоуплотняющегося бетона (ЛСУБ). Приводится его сравнение с характеристиками легких бетонов на пористых заполнителях. Подробно анализируются ползучесть и усадка ЛСУБ. Сделаны выводы по работе.

Ключевые слова: легкий самоуплотняющийся бетон, легкий бетон на пористых заполнителях, модуль упругости, коэффициент Пуассона, ползучесть, усадка.

An article deformation properties of a light self - compacting concrete (LSCC) are considered. Its comparison with characteristics of light concrete on porous fillers is given. Creep and LSCC shrinkage are in detail analyzed. Conclusions on work are drawn.

Key words: light self - compacting concrete, light concrete on porous fillers, the elasticity module, Punch coefficient, creep, shrinkage.

Почти четверть века назад в технологии бетона сформировалось новое направление - самоуплотняющиеся бетоны (далее СУБ). Основоположником этого направления в технологии бетона считается японский профессор Окамура [7]. Появление его связано с естественным стремлением строителей снизить трудозатраты при бетонировании конструкций. Технически возможность получать бетонные смеси, не требующие принудительного уплотнения при укладке без потери в качестве, реализовалась во многом благодаря применению добавок на основе эфиров поликарбоксилатов. Кроме применения особого вида пластификаторов, технология СУБ имеет ряд других особенностей, касающихся методик подбора составов, специфики испытаний реологических свойств смесей, особенностей приготовления, транспортировки, укладки и др. Так, например, изучение одной лишь реологии СУБ заставляет вырабатывать новые подходы к описанию процессов, происходящих при течении и уплотнении такой бетонной смеси [5, 8].

Несмотря на достаточно высокую себестоимость СУБ (примерно в 1,5 раза выше, чем стоимость равнопрочного обычного бетона), все чаще и зарубежные, и российские производители отмечают наличие комплексного экономического эффекта при применении данной технологии [1, 3]. Тем не менее, российский строитель с осторожностью относится к данной технологии. Недостаточная изученность этого материала в России проявляется уже на стадии проектирования несущих конструкций из СУБ. Если определенные сведения о прочностных характеристиках СУБ в отечественной науке и практике уже накоплены, то, например, всеобъемлющих и статистически обоснованных данных о деформационных свойствах затвердевшего СУБ все еще недостаточно. Вопросами технологии и свойств СУБ в России занимаются такие ученые и исследователи, как В.И. Калашников, Г.В. Несветаев, С.Г. Головнев, М.И. Ваучский и др.

Еще менее изучена технология легких самоуплотняющихся бетонов (далее ЛСУБ), являющаяся предметом исследования авторов. Как известно, легкие бетоны на пористых

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013 заполнителях имеют ряд преимуществ перед тяжелым бетоном, особенно в части снижения веса железобетонных конструкций и сокращения общей нагрузки на фундаменты и основания. Имеется опыт разработки и применения высокопрочных легких бетонов с классом по прочности при сжатии до В115 [2]. В нашем исследовании поставлена задача объединения положительных качеств легкого бетона с уникальными реологическими свойствами самоуплотняющихся смесей.

На этапе получения экспериментальных смесей ЛСУБ установлено, что простая замена крупного тяжелого заполнителя на легкий пористый приводит к реологической нестабильности смеси и дальнейшему расслоению. Была изучена реологическая стабильность СУБ на различных по плотности заполнителях. В результате была установлена закономерность склонности ЛСУБ к расслоению от соотношения рз.д./рр-ра, где Рз.д.- средняя плотность зерна заполнителя «в деле» (с учетом насыщения водой и дисперсными частицами в смеси), Рр-ра- средняя плотность растворной части. Чем больше это соотношение отлично от 1, тем менее стабильна самоуплотняющаяся бетонная смесь, причем закономерность справедлива как для пористых, так и для плотных заполнителей. В соответствии с полученными зависимостями для разработки и исследования ЛСУБ был выбран заполнитель из вулканического туфа Каменского месторождения Республики Кабардино-Балкарии. Базовые составы и некоторые свойства ЛСУБ приведены в таблице №1.

Таблица 1 - Составы, свойства смесей и затвердевшего бетона

Компонент / показатель Расход компонентов, кг/м3

Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5

ПЦ М500 Д0 ОАО «Новоросцемент» 200 300 400 500 600

Минеральный порошок МП-1 220 110 - - -

Микрокремнезем 20 30 40 50 60

Туфовый песок (0-5 мм) 910 910 910 800 690

Туфовый щебень (5-10 мм) 214 214 214 214 214

SikaViscocrete 32SCC (жидкая) 8 8 8 10 12

Вода 358 358 360 360 360

Свойства бетонной смеси

В/Ц 1,79 1,19 0,9 0,72 0,6

Диаметр расплыва конуса, см 85 87 89 93 97

Свойства затвердевшего бетона

Прочность при сжатии, МПа 24,04 31,14 41,83 45,58 57,64

Класс по прочности при коэфф. вариации и=18% В15 В20 В25 В30 В40

Ср. плотность,кг/м3 1745 1764 1781 1789 1793

Отношение Ясж/рсух, МПа/(кг/дм3) 13,78 17,65 23,49 25,48 32,15

Как следует из данных таблицы №1, были изготовлены пять составов с различным содержанием цемента от 200 до 600 кг/м3. Плотность затвердевшего бетона в сухом состоянии варьировалась в пределах от 1745 до 1793 кг/м3. В соответствие с российскими (ГОСТ 25820) и европейскими (БК 206) нормативными документами полученные бетоны относятся к легким бетонам (плотность менее 2000 кг/м3). При этом, по Ю.М. Баженову, легкие бетоны можно отнести к высокопрочным, если отношение прочности при сжатии бетона (МПа) к его плотности (кг/дм3) больше 25. Зависимость этого отношения от расхода цемента в условиях эксперимента приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость отношения прочности при сжатии ЛСУБ (МПа) к его

плотности

Можно сделать вывод, что при расходе цемента 480 кг/м3 и более получаемые ЛСУБ можно отнести к высокопрочным. Для дальнейшего углубленного изучения прочностных и деформационных характеристик бетона были взяты составы с расходом цемента 300, 400 и 600 кг/м3. Прочностные и деформационные характеристики (кроме полной усадки) бетонов в возрасте 28 суток естественного твердения приведены в таблице №2. Полная линейная усадка определялась на образцах-призмах 100х100х400 мм в течение 130 дней. За начальную точку отсчета принимался линейный размер образцов в возрасте 7 суток. Образцы хранились в естественных условиях.

Таблица 2 - Прочностные и деформационные характеристики ЛСУБ в возрасте 28

суток естественного твердения

Расход Прочность при Прочность Прочность Модуль Коэффи Линейная

цемента, сжатии, МПа на на упругост циент усадка,

кг/м3 Кубиков ая Призменн ая растяжение при изгибе, МПа растяжение при раскалыван ии, МПа и, Бб-10-3, МПа Пуассон а мм/м

300 31,14 30,7 3,4 1,52 15,67 0,148 1,51

400 41,83 34,67 4,65 2,10 17,30 0,150 1,68

600 57,64 52,0 4,97 2,27 23,37 0,128 0,86

Модуль упругости бетона является важной деформационной характеристикой, помогающей оценить работу бетона под нагрузкой. В настоящей момент в отечественной литературе практически нет данных об этой характеристике в разрезе самоуплотняющихся и, тем более, легких самоуплотняющихся бетонов. В силу исторически сложившихся условий развития СУБ некоторые исследования по данной тематике можно найти в работах зарубежных исследований [4, 6]. В условиях нашего эксперимента модуль упругости определялся в соответствие с методикой ГОСТ 24452.Полученные значения модуля упругости для ЛСУБ в сравнении с другими значениями для тяжелых и легких бетонов по данным нормативной и технической литературы приведены в таблице №3.

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013 Таблица 3 - Значения модуля упругости некоторых видов бетона при различных _классах по прочности_

Вид бетона Модуль упругости, Еб^10-3, МПа, при классах бетона по прочности при сжатии

В15 В20 В25 В30 В35 В40 Выше В40

Обычный тяжелый бетон1 24,0 27,5 30,0 32,5 34,5 37,0 -

Обычный легкий бетон1, Б1800 15,5 17,0 18,5 19,5 20,5 21,0 -

ЛСУБ2, Б1800 - 15,7 17,3 - - 23,4 -

Высокопрочный ЛСУБ3 - - - - - - От 24 до 33

1 - по данным СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003;

2 - по данным авторов;

3 - по данным источника [4].

Как следует из таблицы №3, полученные авторами значения модуля упругости ЛСУБ в целом соответствуют уровню нормативных значений для обычного легкого бетона. При этом в области бетонов ниже В30 значения Еб для ЛСУБ отличаются в меньшую сторону, а в области высокопрочных легких бетонов - в большую сторону от нормативных. Можно также предположить, что дальнейшая экстраполяция значений Еб, разработанного ЛСУБ в область более прочных бетонов класса В40 и выше, даст сходные значения с полученными зарубежными исследователями.

На рисунках 2 и 3 представлены полные диаграммы нагруженияобразцов-призм при определении модуля упругости ЛСУБ.

Продольные дефрмации

50000

45000

40000

35000

30000

ге 25000

>

о. 1_

Я!

I

20000

15000

10000

5000

Ц=600 кг/м3

Ц=400 кг/

Ц=300кг

л

•

ж 1

0.1

0 2

0.3 0.4 0 5

Продольные деформации, мм

0.6

0.7

0.8

Рисунок 2 - Зависимость продольных деформаций ЛСУБ при сжатии образцов-призм

от величины действующей нагрузки

поперечные деформации

60000

50000

40000

га 30000

> а.

LIZ

1 20000

10000

Ц=600 кг'м3 1

___ Ц= 400 кг'м3

_ . TT= Я00 КТ М-' —

/5 r\

Í

0 02 0.04 0 06 0 08 0 1

Поперечные деформации, мм

0 12

0 14

0 16

Рисунок 3 - Зависимость поперечных деформаций ЛСУБ при сжатии образцов-призм

от величины действующей нагрузки

На основании полученных данных можно сделать следующие основные выводы:

1. Легкий самоуплотняющийся бетон в затвердевшем состоянии при нагружении проявляет деформационные свойства, аналогичные обычным легким бетонам при условии равной плотности. В диапазоне прочностей при сжатии от 31 до 57 МПа модуль упругости ЛСУБ отклоняется от нормативного, принятого для обычного легкого бетона не более чем на 8-11%.

2. В исследуемом диапазоне прочностей ЛСУБ от 31 до 57 МПа получены следующие соотношения между различными прочностными характеристиками: Rпризм = (0,8-0,91^ж; Rизг = (0,09-0,11) Rсж; Rраск = (0,04-0,05) Rсж, где Rсж - кубиковая прочность при сжатии, Rпризм — призменная прочность, Rизг — прочность на растяжение при изгибе, Rраск — прочность на растяжение при раскалывании.

3. Доказана возможность получения реологически стабильного легкого самоуплотняющегося бетона марки по плотности D1800 в широком диапазоне прочностей (24 — 57 МПа), в том числе высокопрочного, за счет применения пористого заполнителя — щебня (5-10 мм) и песка (0-5 мм) из вулканического туфа.

Библиографический список:

1. Аленкар Р., Маркон Ж., Хелене П. Экономичное жилье из СУБ [Текст]// CPI -Международное бетонное производство, №6, 2010, с. 142-147.

2. Орентлихер Л. П. XXI век - век легких бетонов [Текст]// Актуальные проблемы современного строительства: Материалы Всероссийской 31-й научно-технической конференции, Пенза, 25-27 апреля, 2001, ч.4. Строительныематериалыиизделия - Пенза: изд-воПГАСА, 2001, с. 76-77.

3. Рыжов И.Н. О влиянии свойств бетона на качество и себестоимость строительного объекта [Текст] // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, №8, 2007 г.С.35.

4. Choi Yun Wang, Kim Yong Jic, Shin HwaCheol, Moon Han Young An experimental

research on the fluidity and mechanical properties of high - strength lightweight self -compacting concrete // Cement And Concrete Research, - 2006,(36), № 9, Р.1595 - 1602.

5. Feys D., Verhoeven R., Schutter G. Fresh self compacting concrete, a shear thickening material // Cement and Concrete Research, - 2008, (38) №7, Р. 920-929.

6. LeemanA., LuraP., Loser R. Shrinkage and creep of SCC - The influence of paste volume and binder composition // Construction And Building Materials, - 2011, (25), № 5, P. 2283 - 2289.

7. OkamuraHajime, OuchiMasahiroSelf-CompactingConcrete [Текст] // JournalofAdvancedConcreteTechnology, - vol. 1(2003), №1, P. 5-15.

8. Yammine J., Chaouche M., Guerinet M., Moranville M., Roussel N. From ordinary rhelogy concrete to self compacting concrete: A transition between frictional and hydrodynamic interactions // Cement and Concrete Research, - 2008, (38) №7, P. 890-896.

УДК. 666.974.2

Хаджишалапов Г.Н., Даитбеков А.М., Алхасова Ю.А., Даитбеков С.А.

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ЖАРОСТОЙКИЙ ЦИРКОНОВЫЙ БЕТОН С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Hadjishalapov G.N., Daitbekov A.M., Alkhasova Y.A., Daitbekov S.A.

MODIFIED HEAT-RESISTANT ZIRCONIA CONCRETE WITH IMPROVED PERFORMANCE CHARACTERISTICS

В статье рассмотрены способы получения модифицированных вяжущих и бетонов с использованием в качестве основного компонента композиционного вяжущего безводного силиката натрия и заполнителя цирконового концентрата. Исследованы физико-технические свойства жаростойких вяжущих и бетонов, рассмотрены различные способы повышения физико-технических и эксплуатационных характеристик и области применения жаростойких цирконовых бетонов.

Ключевые слова: композиционное вяжущее, жаростойкий бетон, цирконовый заполнитель, термостойкость, стойкость к расплавам металлов, шлаков, стекол.

The article deals with methods for preparing modified concrete binders and using as a main component composition of anhydrous sodium silicate binder and a filler zircon concentrate. The physical and technical properties of the heat-resistant binders and concrete, consider various ways to improve the physical and operational characteristics and applications of zircon refractory concretes.

Key words: composite binders, refractory concrete, zirconia filler, heat resistance, resistance to molten metals, slags, glasses.

Широкая модернизация отраслей черной и цветной металлургии, стекольной промышленности и производства стройматериалов требует разработки материалов с качественно новыми характеристиками, отвечающими современным технологиям высокотемпературной переработки, энерго- и ресурсосбережения. Одним из таких материалов, получивших широкое распространение в последние десятилетия являются жаростойкие бетоны, позволяющие во многом перейти к индустриальным технологиям при футеровке тепловых агрегатов.