Технологические операции модифицирования составов бетона с добавками

1. Операции модифицирования (или подбора состава) бетона с добавкой заключаются в кор-ректировке состава бетона без до­бавки, которым установлено получение заданной прочности при минимальном расходе це­мента и требуемой подвижности (жесткости) бетонной смеси.

2. Состав бетона с добавками следует подбирать по показателю подвижности или жест­кости бетонной смеси и прочности бетона на сжатие, а при необходимости и по другим пока­зателям качества.

При этом необходимо соблюдать следующие условия:

а) водоцементное отношение бетона с добавками должно быть не больше, чем у бетона без добавок. Для бетонов с пластифицирующей добавкой IV группы и комплексными добав­ками на ее основе (воздухосодержание смеси 2-4 %) водоцементное отношение бетона не­обходимо уменьшать на 0,01-0,02, а при применении воздухе вовлекающей добавки и ком­плексных доба-вок на ее основе - на 0,02-0,04, чем компенсируется понижение прочности бетона вследствие повышенного содержания в нем воздуха;

б) доля песка в смеси заполнителей для тяжелого бетона с добавкой должна быть такой же, как и для бетона без добавки. При применении добавок для получения пластичной и ли­той бетонной смеси или сокращения расхода цемента на 10 % и более долю песка в смеси запол-нителей следует увеличивать, а в случаях применения добавок для повышения воздухосодер-жания бетонной смеси более 2 % долю песка в смеси заполнителей следует умень­шать;

в) жесткость бетонной смеси с пластифицирующими, воздухововлекающими добавками и комплексными добавками на их основе должна соответствовать жесткости бетонной смеси без добавок; подвижность бетонной смеси с добавками следует назначать по таблице 12.

Таблица12

Подвижность бетонной смеси без добавки, см	Подвижность бетонной смеси с добавками, см, при воздухо- содержании, %
до 2 ЛСТ	от 2 до 4 мылонафт, ГКЖ-10,ГКЖ-11	от 4 до 6 СНВ,СПД ЦНИПС-1
2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14	2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14	1-3 3-4 4-6 6-8 8-10 10-12	1-2 2-4 3-5 4-6 5-7 6-8

3. Корректировка состава бетона с пластифицирующей добавкой для повышения подвижнос-ти смеси заключается в установлении оптимального количества добавки и доли песка в смеси заполнителей для тяжелого бетона.

Для иной цели введения добавки корректировку состава бетона производят следующим обра-зом:

для повышения прочности или плотности бетона обеспечивается исходная подвижность или жесткость бетонной смеси за счет уменьшения количества воды затворения при неизменном расходе цемента;

если показатели смеси отличаются от требуемых, то получение заданной подвижности или жесткости достигается изменением расхода воды;

для сокращения расхода цемента уменьшают расход цемента и воды при неизменном, как правило, водоцементном отноше­нии до получения бетонной смеси заданной подвижности или жесткости;

из подобранных смесей формуются образцы для определения прочности бетона на сжатие;

оптимальной дозировкой добавки считается такое ее количество, при введении которого достигается максимальная пластифика­ция смеси или снижение расхода цемента при сохранении заданной подвижности смеси и получении требуемой прочности бетона на сжатие, либо дости­гается максимальное сокращение расхода воды при сохранении заданной под-вижности смеси.

4. Корректировка состава бетона с пластифицирующе-воздухововлекающей добавкой про-изводится в соответствии с п. 3, но с тем отличием, что испытаниям подвергается состав бетона с уменьшенным на 0,01-0,02 значением водрцементного отношения, а подвижность бетонной смеси за счет уменьшения расхода воды и цемента подбирается с учетом рекомендаций п.2 «в».

5. Корректировка состава бетона с воздухововлекающей добавкой производится по п. 3. при уменьшенном на 0,02-0,04 значении водоцементного отношения и назначении подвижности смеси по п.2 «в». Оптималь­ной дозировкой добавки считается такое ее количество, при ко-тором в бетоне обеспечивается воздухосодержание не более 4-6% по объему при прочности бетона на сжатие не ниже, чем у бетона без добавки. Другие значения воздухосодержания назначаются по действующим стандартам и нормативным документам на бетон.

6. При применении добавки ускорителя твердения бетона для сокраще­ния режима тепловой обработки или времени твердення бетона корректи­ровка состава бетона заключается в установлении оптимального количества добавки, определяемого по наибольшему показателю прочности при неизмен­ной подвижности или жесткости смеси на образцах, подвергаемых тепловой обработке или выдерживаемых в естественных условиях. Возможный прирост прочности бетона, подвергающегося тепловой обработке, затем используется для сокращения ее продолжительности.

7. Корректировка состава бетона с газообразуюшей, уплотняющей или замедляющей схва-тывание добавкой, а также с добавкой ингибитора кор­розии стали заключается в установлении оптимального количества добавки с уменьшением при возможности расхода воды.

8. Корректировку состава бетона с комплексными добавками рекомен­дуется производить в последовательности входящих в нее компонентов в соот­ветствии с составами добавок, приве-денными в табл. 5.

9. При корректировке состава бетона с пластифицирующе-воздухововлекающими, воздухо-вовлекающими или их содержащими комплексными добавками смеси обязательно должны пе-ремешиваться в бетоносмесителе с максимальным приближением условий перемешивания (по виду смесителя и времени пере­мешивания) к производственным, а полученные данные затем проверяться в производственных условиях.

III. Примеры подбора состава бетона с добавками

3.1. Подбор состава бетона с уско­рителями твердения.

а) особенности добавок ускорителей твердения При введении в состав бетонной смеси добавки уско­рителя твердения(NаС1,Na₂S0₄, К₂SО₄,

СаСI₂, Са(NОз)₂, ННК или ННХК) заряд клинкерных частиц цемента уменьшается, что при-водит в начальный период к умень­шению слоя адсорбируемой ими воды, создавая предпо­сыл-ки для получения более плотного и прочного бетона. Наряду с этим вводимая добавка увели-чивает скорость взаимодействия клинкерных минералов цемента с водой (гидратацию) и соот-ветственно скорость схватывания и твердения.

Положительным влиянием добавки ускорителя на уменьшение электрического заряда клин-керных частиц цемента, с одной стороны, и отрицательным - на сокра­щение сроков схваты-вания, с другой, объясняется нали­чие оптимума добавки и смещение его в сторону больших дозировок с уменьшением В/Ц бетона, а также раз­личная эффективность добавки в зависи-мости от алюминатности цемента. В то время как для низкоалюминатного портландцемента ускоряющее действие добавки на процессы его гидратации дополняется уплотняющим ее дей-ствием в начальный период формирования струк­туры, для высокоалюминатного цемента уплотняющее действие не проявляется из-за ускорения схватывания цемента в присутствии до-бавки.

Ускоритель твердения, интенсифицируя процессы гид­ратации и оказывая положительное влияние на форми­рование структуры цементного камня, приводит к уско­рению твердения бето-на, выдерживаемого в естествен­ных условиях, а также к увеличению прочности бетона сразу после тепловой обработки и в возрасте 28 суток. Это позволяет сократить сроки набора рас-палубочной прочности, уменьшить продолжительность тепловой об­работки бетона на 10-20% при применении высокоалюминатных цементов и на 20-40% при применении низкоалюми-натных цементов. За счет увеличения В/Ц бетона представляется возможным уменьшить рас-ход цемента при неизменном режиме тепловой обработки или темпе набора прочности бетона естественного твердения.

б) выбор оптимального количества добавок ускорителей твердения

Сопоставление влияния добавок уско­рителей твердения свойства бетонной смеси и затвер-девшего бетона показало, что эти добавки приводят к изменению начальной подвижности и скорости потери её во времени.

Эффективность ускоряющих твердение добавок уменьшается с увеличением расхода це-мента. С увеличением значений В/Ц от 0,4 до 0,64, расхода цемента от 250 до 450 кг/м³ и количества добавки от 0 до 3,5% жесткость смесей уменьшается. Известные добавки по плас-тифицирующей способности в жестких смесях располагаются в последовательности:

СаСl₂→ННХК→ Na₂SO₄.

Продолжительность сохранения у смесей с добавками электролитов Na₂SO₄ и СаСl₂ пласти-фицированного состояния, а следовательно установления технологического периода их ук-лад-ки, проведенное на трех составах тяжелого бетона (1:1,7:1,7:0,4; 1:2,1:3,15:0,5 и 1:2,75: 3,1:0,65) (белгородский портландцемент : гранитный щебень : песок Тучковского карьера : во-да), показана на рис. 6-8.

Из сопоставления влияния добавок на потерю подвижности бетонной смеси и прочность про-паренного (по режиму 2+2+4+1 час при 80°С) бетона (рис.6-7) видно, что эти показатели нахо-дятся в определенной зависимости. При введении в состав бетона хлористого кальция в опти-мальном количестве (1,5%) подвижность бетонной смеси, определяемая через 5 мин. после за-творения, оказывается на 1-2см больше, чем у бетона без добавки. Для бетона с добавкой сер-нокислого натрия оптимальное количество соли, наоборот, приводит к уменьшению подвиж-ности смеси на 1-2см по сравнению с контрольной (без добавки) через 30 мин. после затворе-ния.

Из этого следует, что, сопоставив один раз влияние какого-либо электролита на консис- тенцию бетонной смеси и прочность бетона, можно в определенное время установить вели-чину отклонения показателя консистенции от контрольной, которое характерно при введении оптимального количества добавки.

Рис.6. Подвижность смеси (1,2,3) и прочность (1',2',3') бетона с В/Ц = 0,4(А); 0,5(Б) и 0,65(В) с добавками СаСl₂. 1,2,3-подвижность через 5,30 и 60 мин. соответствен но 1',2',3' -прочность через 4 часа, 1 и 28 суток.

Рис.7. Подвижность смеси (1,2,3) и прочность (1',2',3') бетона с В/Ц = 0,4(А), 0,5(Б) и 0,65 (В) с добавками Na₂SO₄. 1,2,3 - подвижность через 5,30 и 60 мин соответственно:1',2',3'- прочность через 4 часа, 1 и 28 сут.

Во всех остальных случаях установление оптимального ее количества сведется к контролю подвижности бетонной смеси.

Вследствие этого в заводских к построечных лабораториях для оценки возможного эффекта по сокращению режима термообработки или расхода цемента отпадает необходимость изготовлять образцы со множеством дозировок. Достаточно одной - оптимальной для данного состава бетона с последующим определением прочности бетона в установленные сроки.

Определения плотности бетонной смеси и растворной части бетона состава 1:2 (цемент : песок) показали (рис.8), что наибольшие значения плотности соответствуют оптимальному ко-личеству добавок, установленному при испытаниях прочности бетона. При этом повышение плотности растворной части составляет 1-3%, а бетона вдвое меньше.

Хотя эти величины сравнительно невелики, но они свидетельствуют о том, что еще до воз-действия тепловой обработки в бетонных смесях с добавкой создаются предпосылки для полу-чения более прочного бетона.

Рис.8.Плотность бетонной смеси (1,2), раствора состава1:2 (3) и прочность бетона (4,5) с В/Ц = 0,5 на ангарском (−×−×−×−) и белгородском (—­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­) портландцементах соответственно с добавками Nа₂SО₄ и СаСl₂.

в) влияние на прочность

Введение добавок электролитов приводит к увеличению проч­ности бетона в тех случаях, когда добавка сокращает время до начала схватывания портландцемента не более чем на 50% при неизменной про­должительности интервала схватывания.

По влиянию на прочность пропаренного бетона добавки электролитов располагаются в последовательности: CaCl₂→NaCl→ Na₂SO₄→KCl→NaNO₂→ Ca(NO₃)₂ → K₂SO₄ →K₂CO₃ →FeCl₃→Na₃PO₄→Fe(NO₃)₃. При этом эффективность нитритов и нитратов со временем повы-шается, а хлоридов и особенно сульфатов - уменьшается.

Эффективность добавок электролитов зависит от их состава и количества, алюминатности портландцемента и его расхода в бетоне, режима тепловой обработки. При введении опти-мального количества до­бавок ускоряющее действие электролитов на нарастание прочности бе­тона, как правило, увеличивается с уменьшением продолжительности прогрева, содержания алюминатов в портландцементе и его расхода в бетоне.

При выборе оптимального количества добавки электролита в бетоне определяющим фактором является водоцементное отношение.

Зависимости оптимума добавки от водоцементного фактора представлены на рис. 9-10.

С увеличением В/Ц количество необходимого количества добавки уменьшается и, наоборот, с уменьшением В/Ц возрастает.

Рис. 9. Влияние добавки СаС1₂ (А) и Na₂SO₄ на прочность бетона с В/Ц = 0,4 (1); 0,5 (2) и 0,65 (3) на белгородском портландцементе, пропаренного по режиму 2 + 2 + 3 + 4 + 1 час при 80°С.

Рис.10.Влияние добавки СаСl₂ (А) и Na₂SO₄ (В) на проч ность бетона с В/Ц = 0,4 (1) и 0,64(2) на воскресенском портландцементе, пропаренного по режиму 2 + 2 + 4 + 1 час при 80°С.

Оптималь­ное количество добав ки электролита определяется В/Ц бетона и алюминатностью применяемого портландцемента, не завися от его расхода в бетоне, режима тепловой обработ-ки и составляя 0,5-3,5% от массы це­мента в зависимости от состава электролита. Чем меньше В/Ц бетона и алюминатность применяемого цемента, тем большую добавку электролита необ-ходимо вводить для достижения максимального эффекта.

Прирост прочности бетона, обусловленный влиянием введенной добавки, может быть ис- пользован дня сокращения на 10-50% продолжитель­ности тепловой обработки или уменьше-ния расхода цемента на 5-12%.

В последнем случае необходимо увеличивать В/Ц бетона. За счет увеличения В/Ц бетона представляется возможным уменьшить расход цемента при неизменном режиме тепловой обработки или температуру набора прочности бетона естественного твердения.

Наиболее эффективным ускорителем твердения явля­ется хлорид кальция СаС1₂, введение которого приводит к увеличению прочности бетона независимо от того, на каком цементе при-готовлен бетон. Если же бетон приго­товляется на низкоалюминатном портландцементе, то в этом случае такой же эффективной добавкой оказывает­ся и сульфат натрия Nа₂SО₄.

Однако если сульфат натрия в основном способствует увеличению ранней прочно­сти бетона, то хлорид кальция повышает ее примерно одинаково во все сроки твердения. Прирост проч-ности бетонов с добавками Са(NО₃)₂, ННК и ННХК, как пра­вило, со временем увеличивается.

Ускорители твердения в своем составе содержат ио­ны, опасные с точки зрения коррозии арматуры, металла форм и трубопроводов (ион хлора - Сl^-), стойкости вы­сокопрочной арма-туры (нитрат ион - NО₃^-) или бетона (ион натрия - Nа⁺ или калия - К⁺). Отрицательное влияние иона хлора на металл значительно уменьшается при одновременном присутствии нитрит-ионов (NО₂^-).

Бетоны с добавками ускорителей твердения характе­ризуются повышенной водонепроница-емостью, особенно с добавками Са(NО₃)₂, ННК и ННХК. Сульфат натрия или калия повышает стойкость бетона в агрессивных сульфатных средах, а ННК - стойкость арматуры в агрессив-ной хлоридной среде. Морозостойкость бетонов с добавками этого вида практически не отли-чается от мо­розостойкости бетонов без добавок.

Ориентировочные исходные данные для выбора вида добавки в табл. 13

Таблица 13

Прочность пропаренного бетона с добавками ускорителей твердения

Применяемый цемент	Добавка	Прочность бетона пос-ле пропари-вания, % от R28
через 4 ч	в возрасте 28 сут.
Быстротвердеющий портландцемент(ПЦ), высокоалюминатный ПЦ	Без добавки NaCl NaCl+NaNO2, NaCl+ННК Na2SO4 K2SO4 CaCl2 CaCl2+ NaNO2, CaCl2+ННК ННХК Ca(NO3)2, ННК
Среднеалюминатный ПЦ	Без добавки NaCl NaCl+NaNO2, NaCl+ННК Na2SO4 K2SO4 CaCl2 CaCl2+ NaNO2, CaCl2+ННК ННХК Ca(NO3)2, ННК
Низкоалюминатный ПЦ, шлакопортланд-цемент, пуццолано-вый ПЦ	Без добавки NaCl NaCl+NaNO2, NaCl+ННК Na2SO4 K2SO4 CaCl2 CaCl2+ NaNO2, CaCl2+ННК ННХК Ca(NO3)2, ННК

П р и м е ча ни я: 1. Прочность пропаренного бетона с оптималь­ным количеством ускорителя твердения дана в % от 28-суточной прочности бетона стандартного хранения.

2. Приведенные в таблице данные получены при пропаривании тя­желого бетона, но в качестве ориентировочных они могут исполь­зоваться и для других методов тепловой обработки бетона, в том числе и легкого.

3. Прочность бетона с добавкой обязательно уточняется заводской или построечной лаборато-рией при подборе состава бетона.

4. При тепловой обработке бетона по режиму, обеспечивающему получение бетоном без добав-ки через 4 ч после прогрева прочности более 50% от R₂₈, прирост прочности бетона за счет введения до­бавки уменьшается.

Для ускорения твердения бетона, выдерживаемого в естественных условиях, в состав бе-тонной смеси также реко­мендуется вводить добавку ускорителя твердения бето­на. При выборе добавки необходимо руководствоваться тем, что, как правило, Nа₂SО₄, К₂SО₄, Са(NО₃)₂ и ННК эффективны для бетонов, приготовленных на основе низ­ко- и среднеалюминатных цементов, а NаСl, NаСl + NаNО₂, NаС1 + ННК, СаСl₂+NаNО₂, СаСl₂+ННК и ННХК - также и на основе высокоалюминатных.

3.1.1. Подбор состава бетона с добавкой ускорителя твердения при его