Подбор состава бетона с пластифицирующими добавками

а) особенности пластифицирующих и пластифицирующе - воздухововлекающих добавок

При введении в состав бетонной смеси пластифи­цирующей добавки (ЛСТ и её модификаций) поверхностно-актив­ные вещества, входящие в состав добавки, адсорбируясь на поверхности клинкерных зерен цемента, уст­раняют слипание и уменьшают трение между ними, вследствие чего смесь становится более пластичной (те­кучей).

Пластифицирующий эффект добавки увеличи­вается с повышением тонкости помола цемен-та, его расхода в бетоне, исходной подвижности бетонной сме­си и больше для цементов свеже-го помола (нележалых). При применении шлако- или пуццолановых портландцементов, мелких песков, смесей с умеренным содер­жанием цемента добавки ЛСТ способствуют вовлечению в бетонную смесь заметного количества воздуха (до 2%), что приводит к увеличению ее связ­нос-ти и улучшению удобоукладываемости.

Однако пленки из поверхностно-активных веществ, образующихся на клинкерных зернах цемента, замедляют их гидратацию, вследствие чего бетоны характеризуются замедленным темпом твердения в раннем возрасте. Меньше всего это отрицательное действие пластифи-каторов проявляется на быстротвердеющих и высокоалюминатных портландцементах, подвер-гающихся тепловой обработке. Для бетонов, подвергающихся прогреву или обогреву, на низко-алюминатных портландцементах, шлако- и пуццолановых портландцементах введение добавок ЛСТ целесообразно, когда бетон до тепловой обработки выдерживается не менее 2 ч, а ско-рость подьема температуры не превышает 20°С в час. Если предварительное выдерживание меньше указанного, то введение пластифицирующих добавок возможно при скоростях подъ-ема температуры не более 15°С в час.

В указанных выше случаях применение добавок ЛСТ позволяет сократить расход портланд-це­мента. Однако превышение оптимальной дозировки до­бавки может привести к значительно-му замедлению твердения бетона, к получению пониженной прочности бетона как сразу после тепловой обработки, так и в более отдаленные сроки твердения.

Эффективность применения пластифицирующих и пластифицирующе-воздухововлекающих добавок, как правило, возрастает с увеличением расхода цемента в бе­тоне (свыше 350 кг/м³).

При уменьшения расхода цемента с пластифицирующей, пластифицирующе-воздухововлекаю-щей или воздухововлекающей добавкой коррек­тировка состава бетона осушествляется сле­дующим образом:

а) производится пересчет подобранного исходного состава бетона при уменьшенном расходе цемента, но не­изменной доле песка в смеси заполнителей для тяжелого бетона или неизменной объемной массе для конструктив­ного легкого бетона;

б) из рассчитанных бетонных смесей приготовляются замесы с введением добавки, количество которой назна­чается по табл. 9 или 10, причем за счет корректировки расхода воды подби-раемые бетонные смеси, исходя из требуемой подвижности смеси без добавки и вида вводи­мой добавки должны соответствовать данным табл. 12;

в) из бетонных смесей, соответствующих по осадке конуса данным табл. 12, а по жесткости –смеси без добавок, но содержащих не более 5% воздуха, формуют образцы, которые затем под-вергаются тепловой обработ­ке или выдерживаются в естественных условиях и испы­тываются на прочность при сжатии; по результатам ис­пытаний устанавливается оптимальный состав с мини­мальным расходом цемента. Пластифицирующие добавки не изменяют прочнос­ти сцеп-ления бетона с арматурой, не вызывают корро­зии арматуры и приводят к получению бетона с пони­женными усадочными деформациями, несколько повы­шенной трещиностойкостью и морозостойкостью, осо­бенно когда при изготовлении смеси вовлекается замет­ное количество воздуха.

Пример.1 Необходимо подобрать состав бетона с добавкой ЛСТ при условии, что расход ма- териалов на 1м³ бетона марки 400 без добавки составляет: среднеалюминатного портландце-мента марки 500-425кг, песка -625кг, щебня-1159кг, воды- 191л. Подвижность бетонной смеси составляет 4см по стандартному конусу, а проч­ность бетона через 4 ч после тепловой об-работки по ре­жиму 2+3+6+2 ч - около 28 МПа.

По табл. 14 находим, что в дан­ном случае расход цемента можно уменьшить на 8%. При этом количество добавки должно находиться в пределах 0,15-0,25% (см. табл. 11).

Корректировка состава бетона с пластифи­цирующей добавкой производится при неиз­менной доле песка в смеси заполнителей (625 : 1784 = 0,35). Тогда расход материалов при уменьшенном на 8% расходе цемента составит:

цемента.............425- 425 × 0,08 = 391кг

воды.................391× 0,45 = 176л

песка ............... 625+ (34+ 15) 0,35 = 642кг

щебня...............1159+(34+15) 0,65 = 1191кг

ЛСТ (сухого)….391× 0,0015 = 0,59кг

В 1л имеющегося 5%-ного раствора ЛСТ с плот­ностью 1,021 г/см³ содержится 0,051кг сухого вещест­ва (см. табл. приложения 2). Для введения в бетон найденного выше количества ЛСТ в виде 5%-ного раствора на 1м³ его потребуется …………0,59: 0,051 =11,5 л,

С учетом воды, содержащейся в 5%-ном растворе ЛСТ, для затворения бетонной смеси всего воды потре­буется………………………………………….176 - (11,5×1,021 - 0,59) = 164,8л.

Аналогичным образом производятся расчеты соста­вов бетона с дозировками ЛСТ 0,2 и 0,25%. Результаты этих расчетов представлены в табл. 19.

Таблица 19 Расчетные составы бетона с добавкой ЛСТ

№ состава	Концетрация ЛСТ, %	Расход материалов в кг (воды и добавки, л) на 1м3 бетона	В/Ц	Уменьшение расхода це- мента, %
цемен- та	песка	щебня	воды	5%-ного раство- ра ЛСТ
	0,15 0,2 0,25				164,8 161,1 157,4	- 11,5 15,3 19,1	0,45 0,45 0,45 0,45

Из рассчитанных составов бетона приготовляются контрольные замесы, причем за счет кор-ректировки рас­хода воды добиваются получения смесей, по подвижно­сти удовлетворяющих рекомендациям табл. 12 (в дан­ном случае 3см). Из подобранных смесей формуются образцы, которые прогреваются по действующему ре­жиму и испытываются на прочность. Полученные опыт­ные данные приведены в табл. 20.

Таблица 20

Показатели бетонной смеси и затвердевшего бетона с добавкой ЛСТ

№сос-тава	Фактические показатели бетонной смеси	Прочность образцов после пропаривания
Полот-ность, кг/м3	ОК, см	Жест-кость, с	В/Ц	МПа	% от марки бетона	МПа	% от марки бетона
				0,45 0,47 0,45 0,43	25,2 27,6		40,5 39,6 36,8

По прочностным показателям образцов можно сде­лать вывод, что для производства следует принять бе­тон состава 3.

Для этого состава определяется фактический расход материалов в связи с изменением плот-ности сме­си1. Тогда расход материалов составит:

цемента ...... 391 × 2400 : 2390 = 389кг

песка ....... 642 × 2400:2390 = 638кг

щебня ...... .1191 × 2400:2390 =1188кг

воды ...... .161,1 - 2400:2390 =160л

5%-ного раствора …….СДБ-15,3 × 2400 : 2390=15,2 л.

Исходя из найденных значений, производится кор­ректировка расхода материалов с естест-венной влаж­ностью.

3.2.1. Подбор состава с пластификатором ЛСТМ-2 с учётом коэффициента исполь-зования цемента (Кц) (по рекомендациям подбора состава бетона к ГОСТ 27006-86)

Пример 2. Требуется подобрать состав бетона с добавкой ЛСТМ-2. За­данный уровень прочности: после тепловой обработки - 21,0 МПа и в воз­расте 28 сут - 30,0 МПа. Заданная удобоукладываемость бетонной смеси ОК =2-4см.

Материалы: цемент ПЦ 500- Д20; песок Мк = 2,0 плотностью зерен 2,65 кг/л; щебень гранитный с предельной крупностью зерен 20мм и плот­ностью 2,63 кг/л.

Номинальный состав бетона без добавки с расходом мате­риалов на 1м³ составлял: цемент - 315кг, вода - 185л,щебень - 1115кг, песок -745кг.

Для определения оптимальной дозировки пластификатора рассчитывают и подбирают че-тыре состава бетонной смеси с добавкой ЛСТМ-2 (в количестве 0,1- 0,25 % от массы цемента) при значении Ц/В = 1,7 и расходе щебня 1115кг, как в контрольном номинальном соста­ве. По-добранные составы приведены в табл. 21.

Таблица 21

Составы и прочность бетона при различной дозировке ЛСТМ-2

Расход материалов на 1м3 бетона, кг	Содержание добавки в массе, %
	0,1	0,15	0,2	0,25
цемент
вода.
щебень
песок
ЛСТМ-2 в расчете на сухое вещество	-	0,29	0,42	0,55	0,68
ОК смеси, см	2,5				3,5
плотность бетонной смеси, кг/м3
прочность бетона после пропаривания, МПа	23,2	23,8	24,7	23,9	21,0
значение Кц	1,36	1,21	1,13	1,15	1,29

В таблице приведены прочность бетона после пропаривания и установ­ленные значения коэффициента Кц. Исходя из полученных данных, дозировка до­бавки назначается при мини-мальном значении Кц или в пределах 0,15-0,20 % массы цемента.

Для подбора номинального состава бетона с пластификатором принима­ется дозировка до-бавки 0,15 % массы цемента. Состав бетона с Ц/В = 1,7 принят за начальный и подбираются еще два равноподвижных состава бетонной смеси с Ц/В = 1,4 и Ц/В = 2,0 с установленным содержанием добавки 0,15 % массы цемента. Расход воды и щебня в этих составах назначается та­кой же, как в начальном составе (В = 165л, Щ = 1115кг). Прочность бетонов с добавкой при Ц/В = 1,4; Ц/В = 1,7; Ц/В = 2,0 при соответствую­щих расходах цемента 230, 280 и 330кг составила R_4ч = 16,7; 24,2 и 26,5; 35; 43 МПа.

Строим зависимость Rб = f(Ц/В) (Рис. 11) и устанавливаем Ц/В, обес­печивающее получение отпускной и марочной прочности: Ц/В = 1,65. Расход матери­алов в номинальном составе бетона с добав-ой составил, кг/м³: цемент ...265, вода…165, щебень…1115, песок…810, ЛСТМ-2…0,4 (в расчете на сухое вещество).

Определение Ц/В отношения, обеспе­чивающего прочность бетона с добав­кой ЛСТМ-2 через 4 ч и 28 сут после тепловой обработки

Рис.11. 1- прочность бетона через 4 ч после тепловой обработки; 2 - проч­ность бетона через 28 сут после теп­ловой обработки; I - оптимальный начальный состав; I I и I I I- допол­нительные составы.

3.2.2. Особенности подбора состава бетона с комплексной добавкой

(ускоритель + пластификатор)

При введении в состав бетонной смеси комплексной добавки, состоящей из ускорителя твердения в сочета­нии с пластифицирующей, пластифицирующе-воздухововлекающей, возду-хововлекающей или микрогазообра­зующей добавкой ускоритель твердения частично или пол-ностью нейтрализует отрицательное действие пос­ледних на схватывание и твердение бетона. При этом ускоритель (Nа₂SО₄, K₂SО₄) не изменяет или несколь­ко улучшает (NаСl, СаСl₂, Са(NO₃)₂, ННК, ННХК) начальную консистенцию бетонной смеси.

Введение ускорителя, как правило, не эффективно, если другая добавка в составе комплек-сной не замед­ляет процесс схватывания и твердения. В этом случае ускоритель твердения спо-собствует лишь незначительному увеличению ранней прочности бетона.

Комплексная добавка, как правило, позволяет зна­чительно уменьшить расход цемента, чем одна плас­тифицирующая добавка, причем практически при лю­бых применяемых на практике режимах тепловой об­работки. Однако применение комплексной добавки, сотоящей из двух продуктов, менее технологично, в связи с чем ее целесообразно вводить в тех слчаях, когда одна пластифицирующая, пластифицирующе-воздухововлекающая или воздухововлекающая добавка не обеспечивает получения такого же эффекта.

Влияние комплексной добавки на свойства затвер­девшего бетона складывается из влияния на то или иное свойство входящих в нее индивидуальных добавок.

Корректировку состава бетона с комплексными добавками рекомендуется производить в последовательности входящих в неё компонентов в соответствии с составами добавок, при-веденными в табл.5.