Будівництво та архітектура/4. Сучасні будівельні матеріали

К.т.н., доцент Позняк О.Р., аспірант Мельник А.Я., здобувач Медведик З.М., студент Лаврінок А.В.

Національний університет „Львівська політехніка”, Україна

Самоущільнюючі бетони для монолітного будівництва

Поява нових амбітних проектів у сфері будівництва (таких, як протяжні підвісні мости в Японії і Китаї, комплекси крупних гідротехнічних і транспортних споруд в Голландії та ряд інших) підвищила вимоги до особливовисокоміцних бетонів. При зведенні таких конструкцій є необхідним використання литих сумішей у великому об'ємі. Часто ділянки бетонування знаходилися на великій відстані від місця виробництва бетону і навіть на значному віддаленні від побережжя (на воді). Окрім цього, ще однією необхідністю було скорочення часу і трудовитрат на ущільнення бетонної суміші, а також підвищений набір міцності в ранні терміни. Результатом проведення науково-дослідних робіт вчених Токійського університету на початку 90-х років стала розробка бетону, який був настільки текучим, що не потребував ущільнення. Такий бетон одержав назву самоущільнюючого. Самоущільнюючі бетонні суміші здатні вкладатися в опалубку без вібрації, під дією власної ваги, рівномірно розподілятися по всьому її об’ємі при збереженні однорідності навіть за наявності густорозташованої арматури, самостійно звільнятися від втягнутого повітря [1, 2].

Для досягнення високих експлуатаційних характеристик самоущільнюючих бетонів висуваються високі вимоги до матеріалів для їх приготування. Підбір складу компонентів суміші для приготування самоущільнюючого бетону виконується згідно японського методу, розробленого професором Окамурою, який базується на наступних граничних умовах: насипний об’єм заповнювача крупної фракції повинен бути не більше 50% від об’єму бетону; об’ємна частина піску повинна складати 40% [3]. Крупність дрібного заповнювача складає не більше 1,25 мм, причому 70 % з них розміром 0,63 мм. Крупний заповнювач фракціонують за розмірами 10-15 мм і 15-20 мм. Обов’язковим є використання неорганічних матеріалів з високою питомою поверхнею, які збільшують водоутримуючу здатність суміші (зола-винесення, мікрокремнезем) і суперпластифікаторів, які дозволяють регулювати технологічні властивості бетонних сумішей [4].

Самоущільнюючий бетон є двохфазною (твердою і рідкою) суспензією і володіє високою текучістю. Підтримка текучості суспензії і уникнення сегрегації фаз є складним завданням, основними механізмами для контролю яких є хімія поверхні частинок дрібної фракції (цементу, наповнювачів, і т. д.), кількість крупного заповнювача і якість цементного тіста. Одержання високоякісного самоущільнюючого бетону вимагає дослідження впливу поверхнево-активних та мінеральних добавок на реологічні властивості самоущільнюючих бетонних сумішей.

Для проведення досліджень застосовували портландцементи загальнобудівельного призначення ВАТ  “Миколаївцемент”. Для виготовлення бетонів використовували гранітний щебінь фракції 5-10 та 10-20 мм (ДСТУ Б В. 2.7-75-98), щебвідсів фракції 0-2 мм, Ясинецький кварцовий пісок з М_к=1,41 (ДСТУ Б В.2.7-32-95). Як модифікатори застосовували суперпластифікатори на основі полікарбоксилатів (ПК). В якості мікронаповнювача використовували золу-винесення Бурштинської ТЕС.

Основою самоущільнюючих бетонів є вільнотекуче ультратонке цементне тісто. Рухливість тіста зростає із зростанням товщини водної плівки навколо твердих частинок. Однак водяна оболонка може утворюватись лише навколо зерен, якщо всі проміжки між зернами були заповнені раніше. Кількість необхідної води для досягнення певної текучості тіста залежить від величини питомої поверхні змочених частинок. На товщину водяної оболонки, яка діє як змазка впливає форма і нерівність зерен, поверхнева енергія а також гідравлічні і пуцоланічні властивості надтонких мінеральних додатків. Крім високої текучості тісто повинно мати достатньо високу в’язкість щоб уникнути розшарування. Точний контроль текучої поведінки без помітних змін в якості досягається з допомогою відповідних суперпластифікаторів.

В даній роботі в‘язкість цементного тіста без добавок і з мінеральними та хімічними добавками, які використовували для досягнення консистенції вільнотекучого тіста, визначалася за часом витікання суспензії з стандартного віскозиметра та за розпливом конуса Суттарда. Результатами визначення в‘язкості цементних суспензій встановлено, що введення 1 мас.% суперпластифікатора на основі полікарбоксилатів (ПК) забезпечує зростання текучості цементного тіста, розплив конуса становить 240 мм, час витікання з віскозиметра 93 с. Зола-винесення в складі модифікованої цементної суспензії призводить до підвищення в‘язкості (110 с) та текучості цементного тіста (РК=318 мм). Введення вапнякової муки забезпечує зростання текучості цементного тіста (РК=280 мм), однак приводить до зменшення його в‘язкості. Визначення пуцоланової реакційної здатності золи-винесення виконувалося згідно з польськими нормами випробування. Коефіцієнт пуцоланової реакційної здатності золи-винесення рівний 111, а активованої золи-винесення – 140.

Проведеними дослідженнями властивостей дрібнозернистого бетону встановлено, що введення 1 мас.% суперпластифікатора забезпечує збільшення рухливості цементно-піщаного розчину від 110 до 152 мм. Використання в складі цементних композицій 1 мас.% ПК і 10 мас.% золи-винесення забезпечує зростання розпливу конуса цементно-піщаного розчину до 210 мм (табл. 1). Слід відзначити, що дрібнозернистий бетон з використанням золи-винесення та ПК характеризується марочною міцністю в 1,4 рази вищою, порівняно з бетоном без добавок. При досягненні рівнорухливої суміші за рахунок збільшення кількості води призводить до зменшення марочної міцності до 34,6 МПа.

Дослідженнями деформацій зсідання дрібнозернистого бетону встановлено, що використання суперпластифікаторів на основі полікарбоксилатів не призводить до збільшення деформацій зсідання дрібнозернистого бетону порівняно з бетоном без додатків при незмінному В/Ц та значно вищій рухливості бетонної суміші. Порівняльними дослідженнями деформацій зсідання рівнорухливого дрібнозернистого бетону, одержаного за рахунок збільшення В/Ц показано, що деформації зсідання такого бетону на 60 % більші, порівняно з деформаціями зсідання бетону з 1 мас.% ПК.

Таблиця 1

Дослідження властивостей дрібнозернистих бетонів

Добавка	В/Ц	РК, мм	Границя міцності при стиску, МПа, у віці, діб
			7	28
Б/Д	0,4	110	33,6	38,9
1% ПКС	0,4	152	41,5	45,9
10% золи-винесення 1% ПКС	0,4	210	39,7	55,9
Б/Д	0,43	152	27,4	34,6

Таким чином, використання золи-винесення в складі самоущільнюючого бетону забезпечує одержання високотекучих та в’язких бетонних сумішей та бетонів з підвищеними будівельно-технічними характеристиками.

Згідно випробування FFB показник текучості бетонної суміші визначається як середнє значення розпливу конуса, а показник в‘язкості як час розтікання бетонної суміші із конуса до одержання розпливу 500 мм (t₅₀₀).

Проведеними дослідженнями встановлено, що в‘язкість бетонної суміші без добавок характеризується часом розтікання бетонної суміші із конуса до одержання розпливу 500 мм t₅₀₀=1,2 с. Введення до складу бетонної суміші 1 мас.% ПК приводить до зменшення в‘язкості бетонної суміші t₅₀₀=1 с. Зола-винесення в складі бетонної суміші забезпечує збільшення її в‘язкості - t₅₀₀=5 с. Бетонна суміш з золою-виносу та ПК характеризується часом розтікання бетонної суміші із конуса до одержання розпливу 500 мм t₅₀₀=4,5 с. Cлід відзначити, що самоущільнююча бетонна суміш характеризується більшою однорідністю при однаковій рухливості.

Важливими характеристиками бетонних сумішей в умовах монолітного бетонування є збереження рухливості бетонної суміші при тривалому часі її транспортування, однорідність та стійкість до розшаровування, що характеризується водо- та розчиновідділенням. Результатами досліджень показано, що самоущільнююча бетонна суміш характеризується найменшим водовідділенням - 0,1%. Встановлено, що рухливість бетонної суміші з суперпластифікатором на основі полікарбоксилату та золи-винесення з РК=750 мм зменшується через 3 год до РК=650 мм, рухливість бетонної суміші з суперпластифікатором без золи-винесення з РК=750 мм протягом 3 год зменшується до РК=570 мм, в то й же час, рухливість бетонної суміші, лише з золою-виносу з РК=740 зменшується протягом 3 годин до РК=610 мм, порівняльними дослідженнями показано, що рухливість бетонної суміші без додатків з РК=730 зменшується протягом 3 годин до РК=500 мм.

Таким чином, комплексне використання в складі самоущільнюючого бетону суперпластифікатора на основі полікарбоксилатів та золи-винесення дозволяє одержувати однорідні, високорухливі, в’язкотекучі бетонні суміші з маркою за легкоукладальністю Р5, а одержаний самоущільнюючий бетон характеризується класом за міцністю В35, маркою за водонепроникністю W10.

Література:

1. Базанов С.М., Торопова М.В. Самоуплотняющийся бетон – эффективный инструмент в решении задач строительства //www.allbeton.ru; 2. Калашников В.И. Самоуплотняющийся высокопрочный бетон / Современные бетоны / Общ. ред. А. Ушеров-Маршак. – Запророжье, 2007. – С. 30-40. 3. Храпко М. Самоуплотняющийся бетон — долгожданное решение //www.allbeton.ru; 4. Сахошко Е.В., Зайченко Н.М. Самоуплотняющийся бетон в современном монолитном домостроении // Вісник ДНАБА. – 2009. - №1. – С. 112-116.