Пластифицированные бетоны на модифицированных смешанных и специальных вяжущих минеральных добавках

Очевидно, что снижение деформаций усадки и увеличение набухания бетонов с добавкой МК связано с особенностями структуры цементного камня и бетона, которые влияют на их повышенную водоудерживающую способность при твердении в нормальных условиях и водопоглощение при насыщении водой. Это явление имеет важное практическое значение: при производстве конструкций в условиях сухого и жаркого климата наружную поверхность отформованного бетона с МК необходимо защищать от быстрого высыхания, так как удаление воды с поверхностных слоев будет приводить к усадке, в то время как в глубинных слоях бетона может проявляться эффект расширения, что неизбежно приведет к появлению поверхностных трещин.

Табл. 9. - Характеристики бетонов при кратковременном нагружении

№ состава

Составы бетонных смесей, кг/м3

С-3, % (Ц+МК)

В/(Ц+ +МК)

ОК, см

Снижение расхода цемента, %

Прочность после 28 сут и ТВО

Ц

МК

П

Щ

В

кубковая R

Призменная Rb

1 2 3

543 388 486

- 116 142

516 489 295

1148 1127 1077

195 200 247

0,5 1,2 1,2

0,36 0,39 0,39

7,0 6,0 7,0

- 28,5 10,5

59,3/17,9 57,5/6,25 52,7/6,80

42,5/12,3 44,0/9,0 38,0/7,0

№ состава	Коэффициент призменной прочности Кпп=Rв/R	Модуль упругости, *10 -3 МПа	Отклонения, % л=ев-ено/ено	Коэффициент упругости
		Фактический Ев	По нормам Е но
1 2 3	0,71 0,77 0,72	36,2 30,1 21,6	34,0 35,0 34,0	+6,4 -14,0 -36,5	0,75 0,79 0,84

Примечания:

1. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 24452-80 и ГОСТ 24544-81 на образцах-кубах с размером ребра 10 см и призмах размером 10x10x40 см, которые подвергались тепловлажностной обработке по режиму 3+3+8+2 ч с изотермическим прогревом при 85°С.

2. Перед чертой - прочность в МПа, за чертой - коэффициент вариации прочности, %

Рис. 12. - Продольные и поперечные деформации модифицированных

бетонов Ј,ft, микрокремнеземом

1; 2; 3 - составы по табл. 9

Рис. 13. - Деформация усадки и набухания в зависимости от условий

твердения

1; 2; 3 - составы по табл. 9; А - равновесная усадка бетона при твердении воздухе; Б - набухание бетона при погружении в воду.

Ползучесть бетонов исследовали на образцах, которые были не изолированы от влагообмена с окружающей средой и подвергались воздействию постоянной сжимающей силы, соответствующей уровню нагружения 0,3 R_B. Полные деформации образцов за весь период испытаний (нагружение, выдержка под постоянной нагрузкой, разгружение) приведены на рис. 14. В бетонах состава №2 при уровне длительного нагружения 0,27 R,, деформации проявились так же, как в контрольных образцах. В то же время бетон состава №3 деформировался в большей степени. Известно, что деформации ползучести зависят от объема гелевой составляющей цементного камня, а в составе №3 содержалось повышенное количество вяжущего (цемент-466 кг/м³, МК - 142 кг/м³), что привело к увеличению деформаций. Предельные значения относительных деформаций ползучести, вычисленные по уравнению линейной регрессии (ГОСТ 24544-81) за срок 180 сут, составили: для контрольного бетона состава №1 - 2,63*10 ^-5, для состава №2 -2,1*10' ^-5, для состава (с повышенным содержанием МК) -3,88*10 ^-5. Нормативное значение меры ползучести (С_н) для бетонов, подобных по качеству исследованным (R_B=50 МПа, ОК=6 см), составляет 6,8*10 ^-5. Таким образом, даже имеющие повышенную деформативность бетоны с повышенным содержанием МК по значению меры ползучести укладываются в нормативы.

Анализ полученных результатов показывает, что бетоны с МК в количестве до 30% массы цемента при общем расходе вяжущего в составе смесей не более 500 кг/м³ обладают прочностью, деформативностью, модулем упругости, соответствующими обычным бетонам равной прочности. При этом деформации усадки снижаются.

Рис. 14. - Полные деформации модифицированных бетонов с

микрокремнеземом

1; 2; 3 - составы по табл. 9

Существенный интерес представляют результаты исследования свойств бетонной смеси и бетона при введении в их состав комплексного модификатора МБ-01 в виде совмещенного продукта, характеристика которого приведена в 2.2. Исследования проводились с целью оценки эффективности действия МБ-01 как активного микронаполнителя в сравнении с комплексным модификатором (микрокремнезем и суперпластификатор), вводимым в цементную систему по традиционной технологии, т.е. все компоненты раздельно.

При затворении водой и перемешивании компонентов бетонной смеси, в состав которой введен МБ-01, происходит дезагрегация и растворение гранул модификатора с "порционным" поступлением суперпластификатора в жидкую фазу бетонной смеси. В свою очередь, кинетика десорбции и поступления в жидкую фазу молекул СП зависит от времени перемешивания и объема жидкой фазы (рис. 15). Даже при минимальном объеме воды в цементной системе (В/МБ-01=0,5) происходит практически полное растворение суперпластификатора. "Порционное" поступление СП и замедлителя схватывания, содержащегося в составе модификатора, в жидкую фазу является главным условием обеспечения повышенной пластичности и стабильной консистенции бетонных смесей во времени (рис. 16), что особенно важно при их длительном транспортировании и возведении монолитных конструкций.

Рис. 15. - Кинетика десорбции суперпластификатора С-3 из гранул

мощи МБ-01 при различных значениях отношения В/МБ-01. 1 - 1,0;

2 - 0,8; 3 - 0,65; 4 - 0,5

Рис. 16. - Сохраняемость бетонных смесей

1 - состав смеси: МК=10%; СП=2%МК; В/В=0,165 (введений МК и СП С-3 раздельное);

2 - состав смеси: МК=10%; СП=4% МК; В/В=0,160 (модификатор: да'1, МБ-01)

Комплексный модификатор МБ-01 позволяет получать бетоны, в том числе высокой прочности из смесей литой консистенции, с теми же характеристиками, которые могут быть получены при введении в бетонную смесь микрокремнезема и суперпластификатора раздельно (табл. 10). Существенно, что в модификаторе МБ-01 содержание основных ингредиентов (микрокремнезема и суперпластификатора) ниже, чем в контрольном бетоне, приготовленном при раздельном введении тех же ингредиентов.

Табл. 10. - Составы бетонных смесей и кинетика твердения бетонов, содержащих микрокремнезем и

суперпластификатор, а также модификатор МБ-01

Состав бетонной смеси, кг/м3	ОК, см	Прочность бетона на сжатие, МПа, после нормального твердения в течение, сут
Ц	МК	СП С-3	МБ-01	П	Щ	В
			общее количество	МК	СП С-3
										1	3	7	14	28
300 300	32 -	6,6 -	- 35	- 31,10	- 3,50	735 745	1125 1120	175 173	19 20	6,6 3,2	12,7 12,5	22,0 26,4	31,2 35,3	42,3 45,4
310 310	45 -	6,9 -	- 50	- 44,42	- 5,00	730 745	1125 1130	165 161	20 22	10,7 7,0	20,0 19,5	30,7 33,2	42,8 46,7	59,6 63,0
450 450	45 -	6,6 -	- 50	- 44,42	- 5,00	660 670	1060 1060	171 170	20 22	20,5 14,2	31,4 31,0	47,4 50,6	58,2 60,2	70,0 76,1
500 500	60 -	11,2 -	- 70	- 62,18	- 7,00	580 585	1080 1080	167 165	20 20	35,1 30,0	50,6 50,2	66,2 68,8	76,8 80,0	85,1 92,2

2.6 ВЫСОКОПРОЧНЫЕ МАЛОЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ С

МОДИФИКАТОРАМИ НА ОСНОВЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА

Высокопрочные цементные системы получают различными способами:

горячим прессованием;

автоклавной обработкой;

пропиткой полимерами;

снижением водоцементного отношения при использовании суперпластификатора;

производством по технологии МДФ (MDF);

производством по технологии ДСП (DSP) с использованием ультрадисперсного наполнителя

Наиболее перспективными направлениями для получения широкой гаммы сверхвысокопрочных материалов на основе цементов являются технологии MDF и DSP.

Основоположником первого направления является компания Империал Кемикл Индастрис (Imperial Chemical Industries, ICI), разработавшая новый класс материалов, получивших общее название MDF - Макро Дефект Фри (MDF-Macro Defect Free), что может быть представлено как материалы с отсутствием макродефектов.

Другое направление получило развитие в трудах лаборатории Аалборг Портланд, Дания (Aalborg Portland), которой разработаны уникальные материалы на основе портландцемента и микрокремнезема, выделенные в отдельный класс и получившие название ДСП-Денси-файд Систем Контейнинг Номодженесли Эрранжед Ультрафайн Партиклс (DSP-Densified Systems Containing Homogeneously Arranged Ultrafme Particles), т.е. уплотненные системы с ультрадисперсным наполнителем.

Концепция, лежащая в основе разработки DSP - материалов, была выдвинута Башем, Фордсом и Хьортом и разработана совместно с лабораторией Аалборд Портланд. Она предусматривает создание модифицированных цементных систем на основе ПЦ, микрокремнезема и суперпластификатора.

Табл. 11. - Прочность строительных растворов на основе

портландцемента и микрокремнезема

№ состава	Расход микрокремнезема и суперпластификатора	В/В	Расплыв, мм	Прочность, МПа
				на сжатие	на изгиб
	МК, %	СП, % МК
0	0	0	0,230	120	68,0	8,3
1	5	12	0,195	125	104,7	14,2
2	10	0	0,190	115	109,5	10,8
3	10	2	0,165	110	116,5	10,8
4	10	4	0,160	110	118,0	11,6
5	10	6	0,145	110	124,1	11,7
6	10	6	0,186	160	118,9	18,3
7	10	8	0,145	110	135,6	14,4
8	10	8	0,180	160	118,6	18,4
9	10	10	0,145	110	132,2	12,7
10	10	10	0,180	160	118,3	18,8
11	10	10	0,165	115	116,9	14,6
12	10	12	0,145	110	123,6	12,0
13	10	12	0,180	160	130,0	17,6
14	10	12	0,180	125	119,9	15,3
15	15	0	0,230	110	89,8	12,2
16	15	4	0,170	110	121,1	18,1
17	15	8	0,150	110	124,5	18,1
18	15	10	0,140	110	136,5	21,4
19	15	10	0,170	110	126,6	12,7
20	15	10	0,158	115	128,4	19,5
21	15	12	0,140	110	136,8	21,8
22	15	12	0,175	110	135,3	14,7
23	15	14	0,140	110	132,5	19,2
24	15	16	0,140	110	131,7	18,1
25	20	0	0,240	110	79,3	9,8
26	20	4	0,170	110	96,4	13,8
27	20	8	0,160	110	110,9	16,0
28	20	8	0,200	125	115,7	15,5
29	20	10	0,150	110	110,9	17,0
30	20	12	0,145	110	110,9	17,3
31	20	12	0,170	125	120,2	16,2
32	20	14	0,145	110	116,5	17,3
33	20	16	0,145	110	128,1	17,5
34	20	16	0,170	125	129,1	14,7
35	25	12	0,210	125	115,6	13,5

На базе анализа этих направлений была выдвинута концепция получения высокопрочных малоцементных бетонов за счет использования микрокремнезема, суперпластификатора и, в ряде случаев, минеральных добавок (молотых доменных гранулированных шлаков, зол гидроудаления, зол-уноса). Технология приготовления таких бетонов требует интенсивного перемешивания смеси и тщательного ее уплотнения.

В материале, полученном таким образом, при весьма низком водовяжущем отношении (0,15...0,18) обеспечивается минимальная пустотность. Продукты гидратации представляют собой C-S-H - гель с особыми характеристиками, которые проявляются в его микроскопической однородности. C-S-H - гель, как правило, имеет отношение Ca/SiO₂=0,9...1,3, что меньше, чем обычно.

При использовании СП достигается плотная упаковка частиц различных размеров, в которой происходят гидратация портландцемента и реакция получаемых продуктов с минеральной добавкой и микрокремнеземом. В результате этих процессов на поверхности частиц образуется тонкий слой продуктов гидратации, который связывает всю массу воедино. При этом в затвердевшем материале наблюдается крайне низкая капиллярная пористость и усадка при высушивании. Тенденция к трещинообразованию при усадке сдерживается однородной структурой материала и его прочностью.

Табл. 12. - Кинетика твердения бетонов на основе портландцемента и микрокремнезема

№ состава	Расход материалов, кг/м3	В/В	ОК, см	Прочность бетона, МПа
	ПЦ	П	Щ	СП, % М.К	МК, % ПЦ			нормального твердения в возрасте, сут	после ТВО в возрасте, сут
								1	7	28	1	28
1	425	611	1200	12	12	0,26	10,0	40,8	-	129,3	115,5	130,5
2	391	685	1152	10	10	0,24	8,0	47,3	-	110,3	14,5	119,5
3	392	686	1155	15	15	0,23	8,0	42,8	-	102,5	09,5	112,5
4	392	688	1157	20	20	0,22	8,0	47,8	-	102,8	10,8	115,5
5	390	649	1152	10	10	0,24	6,0	-	77,4	91,1	05,4	109,7
6	390	679	1122	10	10	0,24	5,5	-	79,8	110,3	08,5	110,5
7	387	676	1114	15	15	0,23	5,5	-	78,4	102,5	00,7	105,6
8	383	680	1103	20	20	0,22	5,5	-	78,6	102,8	01,0	106,2
9	542	536	1205	10	10	0,22	4,0	-	85,4	114,3	09,5	112,8
10	511	524	1203	12	12	0,22	8,0	-	88,5	134,3	132,5	135,5
11	511	574	1153	12	12	0,22	9,5	-	87,7	128,5	129,0	130,5
12	509	473	1248	12	12	0,22	7,5	-	85,9	119,5	120,7	122,5
13	510	523	1200	14	14	0,22	9,0	-	86,4	120,8	118,7	121,5
14	510	523	1199	10	10	0,22	6,0	-	84,7	110,8	109,5	111,5
15	509	694	1047	12	12	0,20	6,0	-	85,2	111,5	110,4	112,5
16	510	522	1199	10	10	0,22	4,5	-	86,9	131,3	125,9	132,5
17	526	662	1122	14	14	0,20	6,0	-	83,3	125,5	119,5	135,5
18	477	508	1191	10	10	0,22	6,0	-	87,4	137,8	121,0	135,0
19	471	466	1239	4	4	0,25	10,0	-	75,4	122,5	112,3	127,5
20	470	465	1237	6	6	0,25	15,0	-	77,9	122,5	100,5	127,5
21	476	471	1253	8	8	0,25	18,0	_-	795	121.5	100.1	117,5
22	470	465	1257	10	10	0,25	20,0	-	82,4	126,5	104,7	115,0
23	457	477	1201	5	5	0,25	14,0	-	78,7	122,5	108,5	135,0
24	455	475	1198	6	6	0,25	16,0	-	79,5	125,4	100,2	131,3
25	460	479	1210	8	8	0,25	17,0	-	75,5	109,5	103,8	118,5
26	467	604	1129	8	8	0,23	14,0	-	77,1	118,2	103,5	119,5
27	450	603	1086	8	8	0,23	14,0	-	78,4	112,6	110,2	118,7
28	452	467	1188	10	10	0,25	19,0	-	82,7	126,2	104,7	115,1
29	460	594	1110	17	17	0,23	16,0	-	81,5	122,6	119,5	127,5

Результаты исследований влияния микрокремнезема и суперпластификатора на прочностные характеристики строительных растворов и бетонов, проведенные К.Г. Соболевым совместно с автором книги, свидетельствуют о том, что значения прочности на сжатие и изгиб согласуются с характером изменения водовяжущего отношения (В/В) и позволяют получать материалы с прочностью на сжатие более 100 МПа (табл. 11, 12).

Анализ данных показывает, что при оптимальной дозировке СП прочность бетона на сжатие в 28-суточном возрасте достигает 95...100 МПа при расходе вяжущего 400 кг/м³ и содержания в нем 10...15% микрокремнезема (подвижность бетонной смеси 2...4 см). При увеличении расхода вяжущего с 400 кг/м³ до 600 кг/м³ за счет снижения В/В до 0,19 в бетонах с оптимальным расходом МК (15%) и дозировкой СП (10% массы микрокремнезема) удалось повысить их прочность до 135 МПа. Введение в бетоны на основе портландцемента, микрокремнезема и суперпластификатора тонкомолотых минеральных добавок до определенного предела (в экспериментах - 15%) обеспечивает прочность на сжатие в 28-суточном возрасте 145 МПа при использовании тонкомолотой золы и 137 МПа при использовании тонкомолотого шлака. При увеличении содержания тонкомолотых добавок свыше 15% отмечается снижение прочностных характеристик бетона.

Анализ данных показывает, что оптимальная из условий получения максимальной прочности бетона дозировка суперпластификатора зависит от содержания микрокремнезема и составляет для использованных материалов 12% массы МК. Оптимальное содержание микрокремнезема - 15%.

Характер деформаций высокопрочных бетонов с использованием микрокремнезема (табл. 13) практически не отличается от деформаций обычных бетонов. В обоих составах бетон раннего возраста несколько увеличивает темпы роста продольных и особенно поперечных деформаций к началу периода предразрушения, что соответствует поведению рядовых бетонов.

В возрасте 28 суток характер изменения как продольных, так и поперечных деформаций был близок к прямолинейному вплоть до уровня нагружения 0,9 R_B. При этом несколько снижались абсолютные значения предельных продольных деформаций. У высокопрочных бетонов, как правило, наблюдается прямолинейный характер деформирования и снижения значений предельных деформаций при сжатии.

Обычно экспериментальные показатели принято сравнивать с нормативами. Однако нормы содержат данные для бетонов классов не выше В60. Поэтому характеристики сверхвысокопрочных бетонов (табл. 14) сравнивались со значениями, полученными путем экстраполяции данных.

Начальный модуль упругости бетонов, зависящий от прочности бетона, практически не различался для бетонов обоих составов. Не наблюдалось также и снижения модуля упругости этих бетонов в возрасте 3-5 сут. В раннем возрасте эти бетоны имели значения модуля упругости, соответствующие нормативным, а в возрасте 28 сут для обоих составов обнаружилось небольшое превышение (на 6...10%) этой величины.

Табл. 13. - Кинетика твердения высокопрочных бетонов

№ состава	Прочность бетона, МПа/%
	нормального твердения в возрасте, сут	после ТВО, в возрасте, сут
	1	3	5	7	28	180	1	28
1 2	35,2/31,7 18,4/16,3	- 50,5/44,7	74,3/64,5 -	85,1/74,0 85,2/75,4	115,1/100 113,0/100	125,5/109 123,5/109,3	105,0/89,0 93,0/78,0	118,5/100 119,3/100

Примечание: Состав бетона №1 - расход цемента - 515 кг/м³; МК -15%; СП С-3 - 12% МК, В/Вяж=0,22; ОК=10 см. Состав бетона №2 - расход цемента - 417 кг/м³; МК=15%; молотая зола - 15%; СП С-3 - 14% МК; В/Вяж=0,18; ОК=7 см

Табл. 14. - Прочностные характеристики и деформативность при

кратковременном нагружении сжатием высокопрочных бетонов

№	Возраст сут	Класс бетона	Кbr	R*bt МПа	R**bt МПа	Rb, МПа	Х 0.2	е0.2	Ев- 10 -3, МПа	е0,95-10-5	Vy
1	5	В48	0,9	_	-	66,9	19,8	47,2	42,1	179,7	0,84
1	28	В80	0.7	8,6	6,3	79,0	22,5	40,3	45,1	169,9	0,94
2	3	ВЗЗ	0,9	-	-	45,5	14,9	37,9	39,0	179,5	0,66
2	28	В80	0,7	9,3	6,9	78,2	22,9	49,3	46,4	171,8	0,93

*При изгибе; **При раскалывании

На основании анализа кривых продольного деформирования под нагрузкой сделан вывод о высокой степени упругости исследуемых бетонов, что подтверждается значением коэффициента упругости (0,93), полученного расчетным путем. Это превышает значение 0,87 для бетонов с прочностью R_B=75 МПа, полученное при экстраполяции среднестатистических данных зависимостей "коэффициент упругости - прочность бетона" (по данным В.А. Беликова) для значений прочности более 50 МПа.

Коэффициент Пуассона во всех случаях составил 0,2, а верхняя граница микротрещинообразования проявилась только для бетонов состава №2 и составила 0,87 при испытаниях в марочном возрасте. Во всех остальных случаях ее не удалось зафиксировать даже при уровне нагружения 0,9.

Исследование деформативных характеристик высокопрочных бетонов с использованием микрокремнезема, а также совместно с молотой золой при кратковременном сжатии до разрушения показало: бетоны на модифицированном смешанном вяжущем МСВ имеют близкие значения кубиковой и призменной прочности, что обеспечивает некоторый запас прочности железобетонных конструкций при расчете по СНиП; они обладают высокими упругими свойствами, высокими значениями начального модуля упругости и верхней границы микротрещинообразования; прочностные и деформативные свойства бетонов позволяют производить их нагружение в раннем возрасте (3...7 сут);

начальный модуль упругости бетонов может приниматься по результатам экспериментального определения деформативности таких бетонов;

начальный коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) можно принимать равным 0,2.

Изменение во времени усадочных деформаций образцов с модулем поверхности М₀=0,4 приведенное на рис. 17, свидетельствует о том, что значительная часть деформаций реализовалась в течение первых 10 сут, несмотря на то, что образцы находились в камере нормального хранения при относительной влажности 95%. После выдержки в течение 28 сут образцов в помещении с относительной влажностью воздуха 55...60% изменений в деформативных характеристиках не отмечалось.

Рис. 17. - Усадка высокопрочных бетонов с различным модулем

поверхности

1; 2 - модули поверхности соответственно 0,4 и 1,0 для состава №1 3;4 - то же для состава №2

Результаты исследований свидетельствуют о том, что высокопрочные бетоны на основе портландцемента, микрокремнезема и молотой золы в первые 10 сут. расширяются, после чего наблюдается полное прекращение свободного деформирования (бетон является практически безусадочным).

Для исследованных высокопрочных бетонов на основе портландцемента и микрокремнезема основные изменения в свободном деформировании также практически прекращаются через 10 сут, а деформация усадки составляет 18*10 ^-5.

В образцах с модулем открытой поверхности М₀=1,0 в составах бетона происходило изменение деформаций усадки во времени. При этом несколько большая усадочность была отмечена в бетоне на основе портландцемента, микрокремнезема и молотой золы. Абсолютные значения деформаций усадки образцов размером 4x4x16 см высокопрочных бетонов составов №1 и №2 равнялись соответственно 38*10^-5 и 48*10^-5.

Сопоставляя полученные значения усадки модифицированных высокопрочных бетонов с микрокремнеземом и ранее приведенные данные, можно видеть, что предельные значения деформации усадки исследованных бетонов (е₀) существенно ниже предельной усадки (еⁿ₀) обычных бетонов (класса по прочности В25...В60).

Результаты исследований деформаций ползучести свидетельствуют о том, что при нагружении бетонов в возрасте 28 сут темпы роста деформаций ползучести бетонов обоих составов стабилизируются через 15...20 сут нагружения и существенно замедляются для бетона состава №1 через 100 сут, а для бетона состава №2 - через 60 сут; при этом полные деформации ползучести за 300 сут (е_оп³⁰⁰) составили соответственно 43*10-⁵ и 52*10-⁵ (табл. 15)

Табл. 15. - Деформация усадки и ползучести высокопрочных бетонов

№ состава	Возраст, сут	Класс бетона	Кbr	Rь, МПа	ео*10-5	еo11*10-5	еon300. *10-5	С300*10-5	Сn*10-5
1	7	В66	0,8	68,9	18,0	40,0	44,0	2,0	3,8
	28	В80	0,7	79,0			43,0	1,9	2,6
2	3	ВЗЗ	0,9	45,5	-10,0	40,0	80,0	5,3	8,0
	28	В80	0,7	78,2			52,0	2,2	2,9

При нагружении бетонов состава №1 в возрасте 7 сут (призменная прочность R_B=68,9 МПа) характер их деформирования во времени практически такой же, как бетонов, нагруженных в более позднем (28 сут) возрасте, главным образом, за счет небольшой разницы в значениях призменной прочности и отличается несколько более высокими значениями деформации ползучести.

При нагружении бетонов состава №2 в возрасте 3 сут (призменная прочность R_B=45,5 МПа) имеет место интенсивный, в сравнении с бетонами, нагруженными в более позднем (28 сут) возрасте, рост деформаций ползучести. Он стабилизируется через 80 сут, что объясняется, главным образом, значительной разницей в значениях призменной прочности в раннем возрасте и снижением уровня нагружении бетона при росте его прочности.

Сопоставление полученных значений деформации ползучести бетонов обоих составов - е_оп³⁰⁰ и меры ползучести - С³⁰⁰ с результатами экстраполяции нормируемых данных - С" (см. табл. 15) позволяет сделать вывод о том, что ползучесть исследованных бетонов существенно ниже нормируемых значений. При нагружении в раннем возрасте (3...7 сут) до уровня 0,3R происходит быстрая стабилизация и прекращение роста ползучести за счет снижения уровня нагружения бетона при росте его прочности.

Табл. 16. - Производственные составы высокопрочных товарных

бетонов, применяемых в зарубежной строительной практике

Расход материалов на 1м3	Номер состава
	1	2	3	4	5	6
Цемент, тип 1, кг	564	475	478	564	475	327
Микрокремнезем, кг	-	24	47	89	74	27
Зола-унос, кг	-	59	-	-	104	87
Заполнитель*, кг	1068	1068	1068	1068	1068	1121
Отборный заполнитель**, кг	647	659	676	593	593	742
Добавки водопоглощающие, л:
Тип F	8,87	8,87	8,58	15,38	12,57	4,82
-//-G	-	-	-	-	-	2,48
-//-D	0,86	0,80	0,74	1,12	1,15	-
Вода, кг	158	160	155	144	151	141
В/Ц, по массе	0,281	0,338	0,320	0,255	0,318	0,432
В/вяжущее****, по массе	0,281	0,287	0,291	0,220	0,231	0,320

* Максимальный размер заполнителя: составы 1...5 - 9,5 мм; состав 6-25 мм.

** Натуральный песок с модулем крупности 2,74 в количестве 60% и молотый известняк (40%) в составах 1...5. В составе 6 - натуральный песок с Мкр=2,6 в количестве 85% и молотый гранитный или гравийный заполнитель в количестве 15%.

*** Количество воды включает влагу, содержащуюся в заполнителях.

**** В состав вяжущего включена масса цемента, микрокремнезема и золы-уноса

Для сравнения небезынтересно привести составы высокопрочных товарных бетонов, применяемых в США и ряде стран, а также обобщенные их характеристики, полученные по результатам испытаний образцов-цилиндров размерами dxh=152x302 мм (табл. 16-18)*. (* Данные взяты из статьи: Р.Л. Серых. Строительно-технические свойства высокопрочного товарного бетона // Бетон и железобетон. - 1997. - №1. - С. 27-28.)

Ползучесть бетона определялась согласно ASTM С 512 в условиях высыхания бетона под постоянной нагрузкой в течение 30 сут на образцах-цилиндрах тех же размеров при уровне нагрузки 0,39 от разрушающей при сжатии. Перед нагружением образцы в течение 6 недель находились в воздушной среде и еще 4 недели во влажных условиях. Значения показателей ползучести соответствовали нормативам (ACJ/209).

Таким образом, высокопрочные бетоны с использованием микрокремнезема обладают высокими упругими свойствами, высокими значениями начального модуля упругости и верхней границы микротрещинообразования, что позволяет осуществлять их нагружение в раннем возрасте. При этом высокая прочность и способность к расширению на ранних стадиях твердения обеспечивает их низкую усадочность и ползучесть.

Табл. 17. - Основные физико-механические характеристики

высокопрочных товарных бетонов

Возраст бетона, сут	Номера составов
	1	2
	Rв	Ев	еsr	Rв	Ев	еsr
28	78,6/-	43,2/-	40/23,5	88,5/-	44,5/-	28,7/15,8
91	86,5/90,3	45,8/45,7	57,3/38,3	100/105	47/45,5	44,7/25,7
426	105/94	47/45,7	69/56	117/102	48/44	59/43
Возраст бетона, сут	3	4
	Rв	Ев	еsr	Rв	Ев	еsr
28	118/-	50,8/-	20,3/14,2	107/-	48,3/-	23,3/16,3
91	132/131	51,4/51,9	32/23,2	119/120	48,5/47,4	34/24,3
426	130/124	53,5/52,7	46/33	123/118	50/48	47,7/38,8

Примечания: 1. Прочность R_B, МПа: перед чертой приведены данные влажного хранения (100%-ная относительная влажность воздуха, t=23±l,7°C), за чертой - для воздушного хранения (относительная влажность воздуха 50±6%, t=22±2°C). 2. Модуль упругости Е_в*10-³, МПа. 3. Деформация усадки при высыхании е_sr*10³ на призмах размером 76x76x286 мм (перед чертой) и на цилиндрах размером 152x302 мм (за чертой), при t=23±l,7°C, ф=50±2%. Образцы в течение 28 сут твердели во влажных условиях

Табл. 18. - Ползучесть высокопрочных товарных бетонов

Характеристика ползучести Vt	Предельное значение меры ползучести Vn, 10-3 МПа-1	Временные показатели
		т/t	d, сут
3,27 1,77 1,58 1,35	9,3 4,6 3,6 3,5	0,52 0,62 0,52 0,55	10 14 12 12

Примечание: t - время наблюдения, сут; d - время (условный показатель), сут

Аппроксимацию кривых ползучести производили по выражению

V_t=t*V_n/(d+t^w)

Значения показателей ползучести соответствует документу ACI 209.

Совместное применение при пневмобетонировании суперпластификатора С-3 и микрокремнезема позволяет повысить прочность мелкозернистого бетона на сжатие в 4...4,5 раза и резко сократить сроки схватывания.

2.7 СТОЙКОСТЬ БЕТОНОВ С МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ И ИХ

ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПО ОТНОШЕНИЮ К АРМАТУРЕ

Водопроницаемость.

Одним из важнейших факторов, обусловливающих повышение долговечности бетонов, является их водонепроницаемость.

Первые сведения о проницаемости бетона с МК относятся к началу 60-х годов. Эксперименты показали, что бетон, приготовленный из тощих смесей с В/Ц=0,89 и заменой 20% цемента на МК, оказался водонепроницаем при выдерживании в течение 15 сут под избыточным давлением 0,7 МПа. В этом же обзоре отмечается, что в 1975 г. в соответствии со стандартом Швеции были проведены испытания бетонов, в которых 10 и 20% цемента замещалось МК. Показано, что в образцах с 10% МК снижение проницаемости оказалось двукратным, с 20% МК - несколько меньше. Приведенные данные относятся к бетону с МК без модификаторов водоредуцирующего действия.

Введение в состав бетона МК совместно с суперпластификатором приводит к существенно большему снижению его проницаемости. Этот эффект обусловлен сокращением начального водоотделения и; изменением структуры цементного камня. Процесс характеризуется увеличением количества пор геля при одновременном снижении количества капиллярных пор. Эта тенденция усиливается при увеличении удельной поверхности МК и его дозировок в составе цементного камня. Использование повышенных дозировок МК и СП С-3 дает возможность получать практически непроницаемые бетоны.

Рис. 18. - Проницаемость бетона с модификатором МБ-01

1-8 - составы бетонных смесей (по табл. 10)

Весьма низкой проницаемостью (W>18) характеризуются бетоны из смесей литой консистенции, в состав которых введен комплексный модификатор МБ-01 (рис. 18).

Сандвик определял водонепроницаемость бетонов с расходом вяжущего 300 кг/м³ и содержанием МК в его составе 0;5;10 и 20%. Коэффициент проницаемости бетонов, содержащих 10 и 20% МК составлял менее 10 ^-14 м/с и не поддавался определению, тогда как для бетонов с 5% МК он составлял 6-10 ^-14 м/с, а для бетонов, не содержащих МК - 3-10 ^-11м/с.

Также приведены результаты исследования проницаемости бетонов при расходе цемента от 100 до 500 кг/м³ с модификаторами водоредуцирующего действия и дозировками МК 0;10 и 20% массы цемента. Отмечено существенное снижение проницаемости бетонов прочностью 30...40 МПа по сравнению с контрольным составом, при более высокой прочности бетон оказался практически непроницаем.

Водопроницаемость бетонных кернов с МК, выбуренных из конструкций после их 3-9-летней эксплуатации, оказалась существенно выше, чем обычного бетона равной прочности без микрокремнезема. Имеются данные, свидетельствующие о том, что в бетонах на смешанном вяжущем, в котором, кроме цементного клинкера, содержится 25% золы-уноса и микрокремнезем, эффект снижения проницаемости бетона ниже, чем в бетонах с тем же расходом вяжущего и микрокремнезема, но без золы.

В свою очередь, снижение проницаемости гидратированного цементного камня и пористости контактной зоны обусловливает повышение коррозионной стойкости бетона.

Коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Первые сведения о сульфатостойкости бетона с МК появилась около 40 лет назад. Образцы бетона без модификаторов водоредуцирующего действия, в которых 10...15% цемента было замещено МК, показали повышенную стойкость в 10%-ном растворе Na₂S0₄ [84].

Были получены сведения о повышенной сульфатостойкости бетонов с МК, подвергавшихся воздействию фунтовых вод с рН=2...7 и содержанием сульфат-ионов в количестве более 4 г/л. Экспериментальные образцы, изготовленные при строительстве тоннеля в Осло, содержали в своем составе разные минеральные добавки, в том числе микрокремнезем, заменявший 15% цемента. Испытания проводились на цементах разных видов. Смеси без МК имели В/ Ц=0,5, а с добавкой МК отношение В/Ц+МК составляло 0,62. После 20 лет испытаний наибольшей стойкостью характеризовались составы без МК на сульфатостойком цементе и с МК на обычном портландцементе. Аналогичные данные, свидетельствующие о снижении диффузии агрессивных растворов в бетон и повышении его сульфатостойкости приводит Селлеволд.

Приведены результаты исследований коррозии цементного раствора и бетона на цементах различного минералогического и вещественного состава (табл. 19) с добавкой МК в растворах сульфата натрия различной концентрации.

Как следует из приведенных в табл. 20 данных, введение в состав цемента тонкодисперсного микрокремнезема существенно замедляет поглощение сульфат-ионов цементным раствором. Цементно-песчаные образцы, изготовленные на Михайловском цементе, через 5 мес. испытания в растворе Na₂SO₄ с концентрацией по иону SO₄" 10000 мг/л были полностью разрушены, в то время как образцы с добавкой 10% микрокремнезема к этому сроку не имели признаков повреждения.

Табл. 19. - Характеристика цементов, примененных в исследованиях

сульфатостойкости бетонов

Завод-изготовитель цемента	Содержание минералов, %	Активная минеральная добавка	Количество добавки, % массы цемента
	C3S	C2S	С3А	C4AF
Вольский Воскресенский Михайловский	48 61 60	28 11 14	4 7 9	15 14 12	Без добавки Трепел То же	- 8,6 18,4

Табл. 20. - Поглощение сульфатов цементно-песчаным раствором

Завод - изготовитель цемента	Добавка (% массы цемента)	Количество поглощенных за 9 мес. сульфатов из раствора с концентрацией по иону S042- 10000 мг/л, % массы цемента
Вольский Тоже “ Воскресенский Тоже “ Михайловский Тоже “	Без добавки (-) МК (20)+С-3 (1,4) C-3 (1,4) Без добавки (-) МК (20)+С-3 (0,7) С-З (0,7) Без добавки (-) МК (20)+С-3 (0,7) С-З (0,7)	2,20 0,97 0.72 5.26 1,94 2,74 Образцы разрушились 3,36 6,94

Данные о скорости накопления сульфатов подтверждаются измерением деформаций расширения цементно-песчаных образцов, изготовленных на портландцементах различного минералогического состава (рис 19). Наименьшие значения деформации получены на образцах, в состав которых введено 20% микрокремнезема совместно с суперпластификатором С-З. Параллельно контролировали изменение динамического модуля упругости. За период испытания 9 мес. более четкая картина изменения динамического модуля упругости получена на образцах, изготовленных на Михайловском цементе, разрушение которых ввиду высокого содержания С₃А в цементе наступает в более ранние сроки (рис. 20). Образцы, изготовленные на цементах Вольского и Воскресенского заводов, через 9 мес. испытаний находились в удовлетворительном состоянии и динамический модуль упругости или не изменился, или снизился незначительно.

Совместное рассмотрение результатов накопления сульфатов, измерения деформации расширения, динамического модуля упругости и прочности цементных растворов и бетонов показало, что введение тонкодисперсного микрокремнезема в количестве 10...20% взамен соответствующей части цемента приводит к существенному повышению стойкости цементных материалов в сульфатных средах.

Рис. 19. - Деформации расширения образцов цементно-песчаного

раствора на Воскресенском цементе в среде сульфата натрия с

концентрацией по иону SO4" 10000 мг/л

1 - цемент без добавки;

2 - с добавкой МК (20%)+С-3 (0,7%);

3 - с суперпластификатором С-З (0,7%)

Фельдман показал повышенную стойкость образцов цементно-песчаного раствора с МК при воздействии 4%-ного раствора MgCl₂, а также хлоридов натрия, кальция, бикарбоната натрия. Дозировки МК составляли 10 и 30% массы цемента; В/(Ц+МК) - соответственно 0,45 и 0,6.

Мехта исследовал коррозионную стойкость бетонов, в которых 0...15% количества цемента заменялось на МК при водовяжущем отношении 0,33, в таких агрессивных средах: 1% НС.1, 1% H₂SO₄, 5% Na₂SO₄, 5% сульфата аммония. По его результатам, разрушение бетонов с МК вызывает сульфат аммония, в остальных средах стойкость бетонов с МК была весьма высокой. Аналогичные данные приводит Ямато [92]. Он исследовал коррозионную стойкость бетонов, в которых О...20% цемента заменялось на МК при водовяжущем отношении 0,55, в следующих агрессивных средах: 2% НС1, 5% H₂SO₄, 10% Na₂SO₄. Результаты исследований показали высокую коррозионную стойкость бетонов с МК в средах сильных кислот.

Рис. 20. - Изменение динамического модуля упругости образцов

цементно-песчаного раствора на Михайловском цементе в среде

сульфата натрия с концентрацией по иону SO4" 10000 мг/л

1 - цемент без добавки; 2 - с добавкой МК (20%)+С-3 (0,7%); 3 - с суперпластификатором С-З (0,7%)

Попович также пришел к выводу, что введение МК в количестве 15% массы портландцемента позволяет существенно снизить коррозию бетонов при воздействии 5%-ного раствора серной кислоты и нитрата аммония.

В Исландии организовано производство специального цемента с добавкой МК в количестве 7,5%, обеспечивающего стойкость бетона в условиях щелочной коррозии, вызванной взаимодействием щелочей с активным кремнеземом заполнителя. Одновременно отмечается, что наличие в составе специального цемента 7,5% МК не является универсальным средством защиты от щелочной коррозии. В зависимости от вида заполнителей, состава бетона, условий эксплуатации бетона оптимальная дозировка МК может быть увеличена.

Морозостойкость.

Морозостойкость бетона с микрокремнеземом является объектом внимания многих исследователей. Исследованию подвергались бетоны как с модификаторами структурообразующего действия, так и без них. Еще в 1952 г. Бернгард проводил испытания на морозостойкость замораживанием на воздухе и оттаиванием в морской воде образцов цементно-песчаного раствора с В/Ц от 0,4 до 0,96, в которых 10 и 30% цемента замещались МК. Эксперименты показали повышенную морозостойкость составов с МК и без модификаторов воздухововлекающего действия [84]. Траттенберг также отмечает повышение морозостойкости бетонов при введении в их состав МК от 0 до 25%; В/(Ц+МК) составляло 0,48...0,83. Эксперименты проводились как с использованием модификаторов воздухововлекающего действия, так и без них.

Ченгуи и Фельдман исследовали морозостойкость образцов цементно-песчаного раствора с В(Ц+МК) 0,45 и 0,60. Дозировка МК составляла 10 и 30% массы цемента. Отмечено повышение морозостойкости составов при сниженном В/(Ц+МК), равном 0,45, и 10% МК. Введение 30% микрокремнезема при определенном повышении прочности строительного раствора снижает его морозостойкость. По мнению авторов, повышение морозостойкости составов с 10% МК объясняется благоприятным влиянием микрокремнезема на дифференциальную пористость цементного камня - увеличением объема пор диаметром 0,35..20 мкм.

Каретт и Мальхотра исследовали бетоны с В/(Ц+МК)=0,4, в которых до 30% количества цемента замещалось микрокремнеземом, а подвижность регулировалась введением суперпластификатора; модификаторы воздухововлекающего действия не применялись. По их данным, морозостойкость бетона снижается лишь при высоких(20...30%) дозировках МК [53].

Также приведены результаты исследований морозостойкости бетонов с микрокремнеземом (без модификаторов воздухововлекающего действия) и в России. Бетонные смеси имели одинаковую подвижность, которая регулировалась введением суперпластификатора, и одинаковый расход вяжущего, в котором часть цемента (0;5;10;20%) замещалась МК. Показано, что при замещении 5 и 10% количества цемента МК морозостойкость бетона не снижается, что обусловлено формированием благоприятной дифференциальной пористости и обеспечением низкой проницаемости цементного камня. При дозировке МК 20% отмечено снижение морозостойкости бетона.

Исследования морозостойкости высокопрочных бетонов, проведенные К.Г. Соболевым совместно с автором настоящей книги, показали, что применение комплексного модификатора на основе СП С-3 и кремнийорганического олигомера гидрофобно-газообразующего действия типа 136-41 позволяет получать бетоны в присутствии микрокремнезема с высокой (более F700) морозостойкостью. Столь значительное повышение морозостойкости бетонов с комплексным модификатором обусловлено образованием благоприятной структуры бетона в сочетании с мозаичной гидрофобизацией внутренней поверхности пор и капилляров.

Противоречивы данные о возможности повышения морозостойкости бетонов с МК, модифицированных соединениями воздухововлекающего действия в среде антиобледенителей. Так, Хаммер и Селлеволд опубликовали данные о низкой морозостойкости в среде антиобледенителей бетонов с модификатором воздухововлекающего действия, в которых 5...10% количества цемента было заменено на МК. По данным Билодо и Каретта, при использовании таких модификаторов бетоны с 15% МК имеют удовлетворительную морозостойкость.

Исследования морозо- и морозосолестойкости модифицированных бетонов с микрокремнеземом, проведенные В.В. Гурскис, показали, что применение МК может быть эффективно в производстве морозостойких бетонов, предназначенных для эксплуатации в суровых климатических условиях. Так, бетоны с содержанием 10% микрокремнезема при В/Вяж=0,4 даже при сравнительно невысоком содержании вяжущего (350 кг/м³) характеризуются морозостойкостью F600...F700.

Стойкость бетона чувствительна к дозировке МК. Так, повышение количества микрокремнезема с 10 до 20% снижает морозостойкость бетона в полтора раза. Оптимальной дозировкой МК для морозосолестойких бетонов является 7...10% массы вяжущего. Дополнительное воздухововлечение бетонной смеси (до 6...7%) за счет введения модификатора воздухововлекающего действия (в эксперименте применен модификатор типа ППФ в соответствии с ТУ 13-2000177-109-86) существенно повышает морозостойкость (в 2...5 раз) и незначительно влияет на морозосолестойкость бетона (рис. 21).

Из проведенных экспериментов также следует, что эффективность микрокремнезема зависит от его состава и физико-химических свойств, основными из которых являются удельная поверхность, средний размер зерен, содержание SiO₂, Na₂O, K₂O, Cr₂O₃. При увеличении дисперсности и содержания SiO₂ эффективность МК возрастает, а при увеличении содержания Na₂O, К₂О, Сг₂О₃ - снижается.

Следует отметить некоторые особенности проектирования и применения бетонных смесей с МК в присутствии модификаторов структурирующего действия. Для обеспечения достаточного воздухововлечения в бетонные смеси с МК модификаторы необходимо вводить в большем количестве, чем в обычные смеси. Смеси с МК при их транспортировании, укладке и уплотнении характеризуются большим воздухоудержанием.

Оптимальная дозировка модификаторов структурирующего действия в смесях с комплексным модификатором (МК+СП) должна быть увеличена, но в меньшей степени, чем в бетонах без суперпластификатора. Дозировки ПАВ, обеспечивающие необходимое воздухововлечение, возрастают соответственно увеличению количества микрокремнезема в бетоне. Оптимальные количества ПАВ воздухововлекающего действия в бетонах с МК меньше, чем в бетонах на смешанных вяжущих, включающих, кроме МК, золу и шлак и имеющих одинаковый объем вовлеченного воздуха.

Рис. 21. - Зависимость морозостойкости и морозосолестойкости бетона

от объема вовлеченного воздуха (а) и дозировки микрокремнозема (б)

1 - без МК; 2 - 4% МК; 3 - 8% МК; 4 - 2,4...2,8% V_b; 5 - 5...5,3 V_b; 6 - 6,1-7% V_b

Анализ имеющихся отечественных и зарубежных данных, несмотря на их противоречивость в ряде случаев, позволяет отметить, что введение в цементные системы микрокремнезема (в отсутствии ПАВ воздухововлекающего действия) до 10...12% не ведет к снижению морозостойкости бетона при определенных условиях, обеспечивающих получение оптимальной с точки зрения проницаемости структуры цементного камня. Дальнейшее повышение дозировки МК снижает морозостойкость бетона.

Применение модификаторов воздухововлекающего и гидрофобно-структурирующего действия в бетонах с микрокремнеземом существенно улучшает их структурные характеристики и является эффективным средством создания бетонов с МК высокой морозостойкости.

Защитные свойства бетонов с МК по отношению к арматуре

В ряде работ приведены результаты ускоренных и длительных испытаний по оценке пассивирующего действия тяжелого бетона с добавками микрокремнезема МК-85, МК-65, МК-45, содержащего соответственно 92, 67 и 45% диоксида кремния.

Исследования проводились на бетонах, отличающихся видом и содержанием микрокремнезема, но имеющих постоянный расход вяжущего (Ц+МК) и воды (табл. 20).

Анализ коррозионного состояния стали показал, что использование микрокремнезема марок МК-45, МК-65 и МК-85 в дозировках до 20% массы портландцемента (состав №2) и до 10% массы шлако-портландцемента (состав №1) не снижает пассивирующего действия, бетона по отношению к стальной арматуре. Применение микрокремнезема в количествах, превышающих указанные дозировки (составы 3 и 2), вызывает коррозию арматуры уже сразу после тепловлажностной обработки (табл. 21).

Результаты длительных коррозионных испытаний показали, что при относительной влажности газовоздушной среды до 75% и в естественных условиях в течение двух лет коррозии арматуры не наблюдается. При увеличении относительной влажности сверх 75% коррозия арматуры усиливается, причем увеличивается и степень коррозионных поражений (табл. 22), что связано с понижением рН жидкой фазы бетона.

Табл. 20. - Составы бетонов, примененных в экспериментах по исследованию коррозионного состояния стали

№ состава	Состав бетона, кг/м3	Дозировка С-3 с добавками МК, % (Ц+МК)	Прочность бетона после ТВО+28 сут нормального хранения, МПа, с добавками
	Ц	МК	П
				-	МК-85	МК-65	МК-45
								-	МК-85	МК-65	МК-45
-	350	-	740	0,5	-	-	-	40	-	-	-
1	315	32	725	-	0,5	1,0	0,5	-	50	48	44
2	290	60	720	-	0,6	1,8	0,6	-	56	52	46
3	270	80	715	-	0,7	2,8	0,7	-	62	57	50

Примечания: 1. Бетоны с 30% МК на портландцементе (состав №3) и с 20% МК на шлакопортландцементе (состав №2) были изготовлены с 2% NaNO2 и без него (в дальнейшем маркировка ЗН и 2Н).

2. Расходы щебня и воды во всех составах бетона постоянны и равны 1175 кг/м³ и 154 л/м³ соответственно.

3. Подвижность бетонных смесей на портландцементе - 8 см, на шлакопортландцементе - 5 см.

4. Режим ТВО: 3+3+6+2 ч при Т=80°С. 5. Применены портландцемент (добавка трепела 12%), шлакопортландцемент (добавка шлака 40%).

Табл. 21. - Коррозионное состояние стальной арматуры в бетоне (по результатам ускоренных электрохимических

испытаний)

№ состава	Маркировка микрокремнезема	рН бетона в зоне расположения арматуры	Плотность тока, мкА/см2 при Ест=+300 мВ	Площадь коррозии, %
		исходное состояние	После 30 циклов*	После 60 циклов*	Исходное состояние	После 30 циклов*	После 60 циклов*	Исходное состояние	После 30 циклов*	После 60 циклов*
-	-	12,43/12,2	12,49/12,3	12,51/12,3	6,3/5,3	5,1/5,5	4,9/5,9	0/0	0/0	0/0
1 2 3 ЗН/2Н	МК-85	11,35/12,2 11,85/11,7 11,7/- 11,73/11,8	11,9/12,0 11,82/11,7 11,68/- 11,71/11,9	11,95/12,0 11,80/11,6 11,61/- 11,72/11,9	4,1/4,2 4,7/9,8 18,6/- 7,4/3,2	3,7/5,3 8,2/11,9 27,4/- 5,3/3,7	3,5/4,8 8,8/12,2 19,9/- 4,9/4,3	0/0 0/5 10/- 0/0	0/0 0/20 25/- 0/0	0/0 0/40 50/- 0/0
1 2 3 ЗН/2Н	МК-65	11,97/12,1 11,83/11,8 11,5/- 11,8/12,0	12,0/12,2 11,85/11,6 11,45/- 11,9/11,9	12,1/12,2 11,85/11,6 11,45/- 11,9/11,9	6,8/3,2 5,4/8,5 10,8/- 2,8/5,6	2,3/3,5 3,2/12,3 16,2/- 2,8/5,6	3,3/3,5 5,5/12,3 18,7/- 4,8/5,9	0/0 0/3 10/- 0/0	0/0 0/5 30/- 0/0	0/0 0/5 40/- 0/0
1 2 3 ЗН/2Н	МК-45	11,95/11,8 11,85/11,6 11,6/- 11,8/11,7	12,1/11,9 11,9/11,5 11,5/- 11,9/11,7	12,15/11,9 11,9/11,6 11,5/- 11,9/11,7	3,3/3,7 2,4/14,4 17,7/- 2,1/4,6	3,3/3,7 2,4/14,4 17,7/- 2,1/4,6	4,1/3,7 5,5/10,8 12,6/- 3,2/5,7	0/0 0/5 10/- 0/0	0/0 0/10 30/- 0/0	0/0 0/10 80/- 0/0

*Попеременное увлажнение-высушивание

Примечание. Перед чертой - результаты испытаний арматуры в бетонах с МК на портландцементе, после черты - то же на шлакопортландцементе

В составах, содержащих микрокремнезема до 20% массы портландцемента и до 10% массы шлакопортландцемента (составы №2 и №1), рН поровой жидкости бетона практически не изменяется и составляет 12,3...11,83.

Табл. 22. - Результаты длительных исследований коррозии арматуры

с МК

№ состава	Марка микрокремнезема	Площадь коррозии, %	рН поровой жидкости, после двух лет в атмосферных условиях	Период нейтрализации защитного слоя бетона в среде СО2 (д=20 мм), лет
		После двух лет в атмосферных условиях	W=65%	W=75%	W=85%	W=95%
-	-	0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	12,5/-	100/70
1		0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	12,0/12,0	160/110
2	МК-85	0/5	0/10	0/10	0/25	0/30	11,9/11,6	150/70
3		40/-	45/-	40/-	60/-	65/-	11,7/-	145/-
ЗН/2Н		0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	11,8/11,8	-/-
1		0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	12,1/12,1	150/85
2	МК-65	0/5	0/5	0/10	0/20	0/25	11,9/11,7	100/75
3		50/-	50/-	50/-	70/-	70/-	11,5/-	75/-
ЗН/2Н		0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	11,7/11,8	-/-
1		0/0	0/0	0/0	0/0	0/0	12,2/12,0	150/80
2	МК-45	0/5	0/5	0/5	0/10	0/15	11,9/11,9	100/50
3		20/-	20/-	25/-	50/-	50/-	11,5/-	70/-
ЗН/2Н		0/0	0/3	0/0	0/0	0/0	11,7/11,7	-/-

Примечание, перед чертой - результаты испытаний арматуры в бетонах с МК на портландцементе, после черты - то же на шлакопортландцементе

Дальнейшее увеличение расхода микрокремнезема снижает рН до 11,8, что ниже минимального значения, необходимого для пассивации стали. Использование ингибитора коррозии стали - нитрита натрия (NaNO₂) в количестве 2% массы вяжущего (Ц+МК) позволяет расширить диапазон применения микрокремнезема в бетонах - до 30% массы портландцемента и до 20% массы шлакопортландцемента (см. табл. 22), составы ЗН и 2Н) при сохранении пассивирующего действия бетона по отношению к стальной арматуре.

Критерием оценки длительности защитного действия бетона с микрокремнеземом по отношению к стали является коэффициент диффузии углекислого газа. Результаты определения проницаемости бетонов с микрокремнеземом и С-3 для углекислого газа показали (рис. 22), что введение 10...20% микрокремнезема приводит к снижению коэффициента диффузии СО₂ на 40...60%, что способствует продлению защитного действия бетона по отношению к стальной арматуре. При увеличении расхода микрокремнезема до 30% массы цемента проницаемость бетона несколько возрастает, что связано с малым запасом клинкерного фонда в бетоне, а также с повышенным содержанием в составе цементного камня низкоосновных гидросиликатов кальция. Но и в этом случае период нейтрализации защитного слоя бетонов толщиной 20 мм составляет не менее 70 лет.

Используя до 20% микрокремнезема, можно получить особо плотные бетоны, что обеспечивает надежную защиту арматуры при эксплуатации конструкций при относительной влажности газовоздушной среды до 75%.

Рис. 22. - Коэффициенты диффузии углекислого газа в

карбонизированном слое бетона с суперпластификатором С-3 и

микрокремнеземом:

а - на портландцементе; б - на шлакопортландцементе; 1 - МК-85;

2 - МК-65; 3 - МК-45'

Таким образом, комплексное использование микрокремнезема, суперпластификатора и модификаторов структурообразующего действия позволяет создать бетоны нового поколения, характеризующиеся высокой прочностью (R_сж>100МПа), низкой проницаемостью (выше W18), высокой коррозионной стойкостью при действии растворов солей и морозостойкостью. Применение комплексного модификатора на основе суперпластификатора и кремнийорганического олигомера полигидросилоксанового типа (136-41) позволило получить бетоны с маркой по морозостойкости > F700.

С использованием смешанных вяжущих на основе портландцемента и микрокремнезема, в состав которых введены минеральные добавки (зола-унос, молотый доменный гранулированный шлак или зола гидроудалений) и суперпластификатора, получены малоцементные бетоны высоких строительно-технических свойств из смесей пластичной и литой консистенции.

Модуль упругости, призменная прочность, границы микротрещинообразования и ползучесть бетонов с микрокремнеземом не превышают значений, характерных для обычных бетонов соответствующей прочности.

Тепловлажностная обработка интенсифицирует твердение бетонов с микрокремнеземом; с повышением температуры изотермического прогрева прочностные характеристики возрастают. Применение МК в технологии бетона возможно в различных отпускных формах: в неуплотненном состоянии с насыпной плотностью 150...200 кг/м³, в сухом уплотненном состоянии насыпной плотностью около 500 кг/м³, в виде пасты - водной суспензии концентрацией 50...60%. Предпочтительнее использование МК в виде комплексного порошкообразного материала насыпной плотностью 750...800 кг/м³, состоящего из гранул размером до 100 мкм (торговая марка -"модификатор бетона марки МБ-01").

Одной из целей совместного применения кремнезема и суперпластификатора - получение пластичных смесей высокой сохраняемости, что особенно важно при длительной транспортировке смесей и возведении монолитных конструкций, в том числе в условиях сухого жаркого климата при меньшем расходе микрокремнезема и суперпластификатора.

Размещено на Allbest.ru