Каприелов С.С., д-р техн. наук, Шейнфельд А.В., к-т техн. наук, Силина Е.С., к-т техн. наук, Жигулев Н.Ф., инж. (НИИЖБ), Борыгин С.Т., инж (Мосинжбетон)

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БЕТОНЫ ПОВЫШЕННОЙ МОРОЗОСОЛЕСТОЙКОСТИ С ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫМ МОДИФИКАТОРОМ


  Долговечность железобетонных конструкций в большинстве регионов России с низкими отрицательными температурами в зимний период ассоциируется, прежде всего, с морозостойкостью. Это особенно касается транспортных сооружений и конструкций, которые, как известно, подвергаются циклическому замораживанию, оттаиванию при воздействии солей - антиобледенителей.

  В последние годы в мировой практике строительства все чаще применяются высокопрочные (прочность на сжатие 60-80 МПа) и сверхвысокопрочные (прочность выше 80 МПа) бетоны низкой проницаемости на основе органо-минеральных модификаторов, содержащих микрокремнезем и суперпластификатор. С появлением отечественных комплексных органоминеральных модификаторов МБ-01, МБ-30С, МБ-50С [1, 7] перспектива значительного увеличения объемов производства конструкций из таких бетонов становится реальной, а задача придать высокопрочным бетонам с низкой проницаемостью также повышенную морозостойкость - все более актуальной.

  В данной статье рассматриваются вопросы морозостойкости и морозосолестойкости высокопрочных бетонов с такими комплексными органо-минеральными модификаторами, содержащими в своем составе микрокремнезем и суперпластификатор.

  Известно, что обеспечение морозостойкости связано с применением структурообразующих (воздухововлекающих и газообразующих) добавок, действие которых основано на создании в структуре бетона системы мелких условно-замкнутых пор (УЗП). При этом важную роль играют суммарный объем пор (А), их численное содержание в единице объема (a0) и «фактор расстояния» (L), который является величиной, равной половине наибольшего расстояния между соседними порами [2, 3].

  Исследование влияния комплекса микрокремнезем - суперпластификатор - структурообразующая добавка на параметры условно-замкнутой пористости, а также на морозостойкость и морозосолестойкость цементно-песчаного раствора было проведено в ЛИИЖТе на кафедре проф. О.В. Кунцевича.

  Цементно-песчаный раствор состава (Ц+МК) : П = 1 : 2 с постоянным количеством воды, В/(Ц+МК) = 0.38, рассматривали как модель крупнозернистого бетона. Применялись следующие материалы: портландцемент М500, Д0 Волховского завода, кварцевый песок Мкр= 1.4, микрокремнезем конденсированный марки МК-85 по ТУ 5743-048-02495332-96, суперпластификатор С-3 по ТУ 6-36-0204229-625-90** и воздухововлекающая добавка ППФ (продукт переработки фитостерина) по ТУ ОП 13-05-109-89. Соотношение между МК-85, С-3 и ППФ варьировалось с целью выявления влияния микронаполнителя и структурообразующей добавки на параметры УЗП и морозостойкость.

  Приготовлены образцы-кубы размером ребра 7 см для определения прочности, а также призмы 4x4x16 см, на которых после каждого цикла замораживания и оттаивания определяли относительные деформации и потерю массы.

  Испытания на морозостойкость проводились при замораживании на воздухе при t = -500°С и оттаивании в воде при t = +180°С. Испытания на морозосолестойкость проводились при замораживании в 5% растворе NaCl при t = -500°С и оттаивании в 5% растворе NaCl при t = +180°С. Стойкость образцов оценивалась по количеству циклов замораживания и оттаивания при которых относительные деформации (e) не превышали 0.1%, а потеря массы М - 3%.

  Параметры условно-замкнутой пористости определялись линейным методом по аншлифам с помощью микроскопа в отраженном свете при увеличении в 75 раз [2].

  Состав и свойства цементно-песчаных растворов, а также параметры условно-замкнутой пористости, приведены в табл. 1 и на рис. 1 и 2.

Таблица 1
Состав и свойства цементно-песчаных растворов.
№ Дозировки основных компонентов системы Параметры УЗП Моро-
зостой-
кость,
циклы		 Морозо-
солес
тойкость,
циклы		 Прочность
при сжатии
в 28 сут.,
МПа
Ц,
кг		 МК-85
% ц		 СП С-3
% ц+мк		 ППФ
% ц+мк		 А,
%		 a0,
мм-1		 L,
мм
1 450 0 0.7 0.0250 10.4 26.2 0.163 175 15 37.1
2 450 5 0.7 0.0250 9.3 23.8 0.190 200 20 38.7
3 450 10 0.7 0 8.5 19.0 0.249 22 22 42.7
4 450 10 0.7 0.0125 9.8 25.1 0.175 180 24 37.9
5 450 10 0.7 0.0250 10.5 24.5 0.174 215 25 38.6
6 450 15 0.7 0.0250 9.2 27.2 0.166 230 66 39.2

  Полученные данные позволяют выявить следующие основные тенденции:







  Можно предположить, что полученные результаты являются следствием благоприятного воздействия структурообразующих добавок и микрокремнезема на дифференциальную пористость цементного камня. Использование структурообразующих добавок приводит к образованию системы резервных условно-замкнутых пор сферической формы диаметром от 10 до 100 мкм, которые, прерывая капиллярные поры, способствуют снижению гидравлического давления поровой жидкости, возникающего при замораживании цементного камня [2, 3]. Введение в состав цементного камня микрокремнезема приводит к снижению капиллярной (диаметром от 5·10-3 мкм до 10 мкм) и увеличению гелевой (диаметром 1·10-3 мкм до 5·10-3 мкм) пористости, что, в свою очередь, приводит к понижению температуры замерзания поровой жидкости (плавления льда) в поровом пространстве [4] и снижению проницаемости цементного камня для воды и Cl- [5, 6].

  Полученные данные показывают, что основным фактором, влияющим на морозостойкость (без воздействия солей), являются параметры УЗП и соответственно присутствие структурообразующей добавки (рис. 1). Однако не менее важным обстоятельством, способствующим повышению морозосолестойкости независимо от параметров условно замкнутой пористости, следует признать присутствие в цементной системе микрокремнезема (рис. 2), который по имеющимся данным [11] существенно снижает диффузионную проницаемость цементного камня для Сl-.

  В последнее время широкое распространение в строительной практике нашел модификатор бетона МБ-01, благодаря которому возможно массовое производство бетонов с ранее не достигавшимися характеристиками. Модификатор - это порошкообразный композиционный материал, содержащий микрокремнезем, суперпластификатор и регулятор твердения [7].

  Его использование в бетонах, предназначенных для строительства сооружений различного назначения (оснований, фундаментов, ограждающих конструкций, мостов, путепроводов, дорожного полотна и т.д.) позволяет, применяя высокоподвижные и литые (ОК=18-24 см) не расслаивающиеся бетонные смеси с высокой степенью сохраняемости, получать бетоны, обладающие высокими и сверхвысокими физико-техническими свойствами: прочностью при сжатии, изгибе, осевом растяжении, газо- и водонепроницаемостью, кислото- и солестойкостью и т.д. [ 7, 8, 9].

  Важное значение имела бы возможность придания бетону вышеуказанных уникальных свойств и, одновременно, повышенной морозостойкости. В связи с этим проведен комплекс исследований с целью разработки бетонов высокой морозостойкости классов В45-В60 из высокоподвижных смесей, содержащих МБ-01 и структурообразующие добавки.

  Испытания таких бетонов на морозосолестойкость по 2-му и 3-му методам ГОСТ 10060 проводились в различных организациях: НИИЖБ, МГСУ, ЦНИИС, НИПТИ «Стройиндустрия». За критерий оценки морозосолестойкости бетонов было принято число циклов замораживания-оттаивания при которых относительная прочность бетона на сжатие составляла не менее 95% прочности контрольных образцов.

  Исследованию были подвергнуты бетоны с различными структурообразующими добавками, изготовленные как в лабораторных, так и в производственных условиях. В качестве структурообразующих добавок были применены смола неомыленная воздухововлекающая (СНВ) по ТУ 81-05-75-74* в количестве (0.010-0.036)%, щелочной сток производства капролактама (ЩСПК) по ТУ 113-03-488-84 в количествах (0.1-0.2)% и газообразующая кремнийорганическая эмульсия 50% концентрации полигидросилок-санового типа (КЭ 30-04) по ТУ 6-02-816-78 в количествах (0.10-0.18)% от массы вяжущего (Ц+МБ). В исследованиях были применены разные образцы цементов М500, Д0, расход которых находился в пределах 450-500 кг/м3. Модификатор марки МБ 10-01 по ТУ 5743-073-46854090-98 вводился в состав бетонных смесей в количествах 10-12.5% от массы цемента, водовяжущее отношение В/(Ц+МБ) находилось в пределах от 0.26 до 0.30. Бетонные смеси имели марку по удобоукладываемости П4-П5 (ОК = 18-22 см.).

  Количество вовлеченного воздуха или выделившегося газа определяли по ГОСТ 10181.3 компрессионным методом. В соответствии со СНиП 3.06.04 «Мосты и трубы» объем вовлеченного воздуха (выделившегося газа) в бетонной смеси, предназначенной для изготовления бетонов с нормативными требованиями по морозостойкости, должен составлять 2-4% в железобетонных конструкциях и 5-6% в мостовом полотне.

  Данные, представленные на рис. 3, свидетельствуют о том, что оптимальными с точки обеспечения воздухововлечения (газообразования) в нормируемом диапазоне (3-6%) дозировками, позволяющими получать высокоморозосолестойкие бетоны с модификатором МБ 10-01, являются: для СНВ - 0.010-0.015%, для ЩСПК - 0.1-0.2%, для кремнийорганической эмульсии КЭ30-04 - 0.10-0.15% от массы вяжущего (Ц+МБ). Отметим, что вышеуказанные дозировки структурообразующих добавок, обеспечивают необходимый для повышения морозостойкости уровень вовлечения воздуха или образования газа при содержании МБ-01 в системе в количестве 10-15% от массы цемента, что характерно для высокопрочных бетонов [10].





  Проанализированные и обобщенные результаты испытания бетонов, изготов-ленных с модификатором МБ 10-01 и оптимальными дозировками структурообразую-щих добавок, на морозосолестойкость представлены на рис.4. Они свидетельствуют о том, что наибольшей морозосолестойкостью обладают модифицированные бетоны с МБ 10-01, в состав которых введена кремнийорганическая эмульсия КЭ 30-04. Это объясняется, с одной стороны, образованием благоприятной условно-замкнутой по-ристости, а с другой - мозаичной гидрофобизацией стенок пор и капилляров. Несколь-ко уступают им бетоны, изготовленные с воздухововлекающими добавками СНВ и ЩСПК, которые способствуют образованию системы мелких условно-замкнутых пор в структуре бетона.

  Комплекс, проведенных исследований по изучению морозостойкости и морозо-солестойкости цементно-песчаных растворов и бетонов, позволяет сделать следующие выводы:

  Вышеизложенные выводы явились основанием для разработки проектной и со-ответствующей технологической документации по возведению монолитных пролетных конструкций ряда транспортных сооружений в Москве, в том числе, путепроводов на пересечении Ленинского проспекта с ул.Миклухо-Маклая и на пересечении пр.Мира с ул.Галушкина, а также трибун стадиона "Локомотив" и других сооружений.







Рис.4.		 Влияние вида структурообразующей добавки на морозосолестойкость высокопрочных бетонов классов В45-В60 с модификатором МБ-01:
 
а)-испытания по 2-му методу ГОСТ 10060. Замораживание на воздухе при t=-20°C, оттаивание в 5-%-ном растворе NaCl при t=+18°C
б)-испытания по 3-му методу ГОСТ 10060. Замораживание в 5%-ном растворе NaCl при t=-50°C, оттаивание в 5%-ном растворе NaCl при t=+18°C




  ЛИТЕРАТУРА

  1. Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд А.В. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива// Бетон и железобетон.- №6.- 1999.- стр. 6-10.
  2. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений крайнего Се-вера. - Л., Стройиздат, 1983.
  3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. - М., 1998.
  4. Вензель Б.И., Егоров Е.А., Жиженков В.В., Клейнер В.Д. Определение темпера-туры плавления льда в пористом стекле в зависимости от размеров пор// Инже-нерно-физический журнал.- 1985.- т.48.- №3.-стр. 461-466.
  5. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кривобородов Ю.Р. Влияние структуры це-ментного камня с добавками микрокремнезема и суперпластификатора на свой-ства бетона // Бетон и железобетон.- №7.- 1992.- стр. 4-7.
  6. Silica Fume in Concrete. State of Art report. FIP. Thomas Telford Ltd, London, 1988.
  7. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Батраков В.Г. Комплексный модификатор бетона марки МБ-01// Бетон и железобетон.- №5.- 1997.- стр. 38-41.
  8. Смирнов Н.В., Антонов Е.А., Дмитриев А.И. и др. Перспективы применения бетонов с высокими эксплуатационными свойствами в отечественном транс-портном строительстве// Транспортное строительство.- №12.-1998.- стр. 16-18.
  9. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В. Бетоны нового поколения повышенной кор-розионной стойкости // Материалы международной конфиренции "Долговеч-ность и защита конструкций от коррозии".- 25-27 мая 1999 г.- стр. 191-196.
  10. Силина Е.С., Шейнфельд А.В., Жигулев Н.Ф., Борыгин С.Т. Свойства бетонных смесей с модификатором бетона МБ-01// Бетон и железобетон.- №1.- 2000.-стр.3-6.
  11. Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Коррозионностойкие бетоны особо малой прони-цаемости. // Бетон и железобетон. - № 1, - 1998 г. - стр.27-29.
Rambler's Top100