Магистрант Ахмедова А.А.

РГП «Южно-Казахстанский государственный университет им.

М. Ауэзова», Казахстан, г. Шымкент

Улучшения долговечности бетонов в условиях сухого жаркого климата

Проблема обеспечения повышенной стойкости и эффективности бетона связана с тем, что в регионах с сухим жарким климатом многие возведенные сооружения разрушаются и выходят из строя ранее расчетного срока эксплуатации, это приводит к значительным затратам [1,2].

Решение проблемы создания стойких бетонов в условиях сухого жаркого климата связано с повышением их трещиностойкости путем оптимизации состава и структуры бетона, основанной на зависимостях типа «состав-структура-свойства» и разработки эффективной технологии производства изделий и конструкций [1,2].

Некоторые железобетонные изделие производится в районах с сухим жарким климатом, который существенно влияет на технологию изготовления бетона, вызывая интенсивное испарение влаги из бетонной смеси и изменяя характер физико-химических процессов, происходящих при твердении бетон. При бетонировании конструкций в летнее время температурный перепад между наружными и внутренними слоями бетона достигает 50–60⁰С, что вызывает термонапряженное состояние и растрескивание поверхности. Отсутствие надлежащего ухода за бетоном способствует быстрому обезвоживанию и потере прочности. При недоучете воздействия сухого жаркого климата существенно снижаются качество и долговечность сооружений [1,2].

Высокие температуры воздуха и интенсивная солнечная радиация в сочетании с ветрами вызывают быстрое испарение влаги из бетонной смеси при ее изготовлении, транспортировке и укладке, что существенно влияет на характер физико-химических и механических процессов, происходящих при твердении бетона. В связи с этим необходимо различать понятия сухой жаркий климат и сухая жаркая погода [1-3].

В условиях сухого жаркого климата, особенно при изготовлении изделий в открытых цехах и на полигонах без тепловой обработки, усадочные явления из-за контрактации и сушки цементного теста протекают наиболее интенсивно. Происходит уменьшение объема бетона, сопровождающееся образованием в нем значительного количества пор и увеличением внутренних напряжений, снижающих несущую способность конструкции. При подборе состава бетона серьезное внимание следует уделять возможности формования плотной скелетной части за счет правильного определения доли крупного (гравий или щебень) и мелкого (песок) заполнителя. При правильно подобранном отношении песка к цементу эти напряжения частично воспринимаются жестким скелетом, уменьшающим деструктивные процессы. Чем ниже доля песка, тем меньше водопотребность бетонной смеси. Заполнители, применяемые в бетонах, должны удовлетворять требованием соответствующих ГОСТов. При возведении конструкций из монолитного бетона без тепловой обработки надземных частей, подвергающихся частному циклическому нагреву, рекомендуется применять портландцементы с содержанием не менее 50% трехкальциевого силиката C₃S и не более 8% трехкальциевого C₃А. Цементные заводы Казахстана выпускают несколько разновидностей вяжущих, портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент, пуцоллановый портландцемент и др. [1-3].

Испытание бетонов на основе пластифицирующих добавок проводилась испытание растворной части данного бетона - 9,1-9,3 мм/м а цементного теста - 12,5-12,7 мм/м. Время, в течение которого пластическая усадка достигает указанных величин для цементного теста составляет 3,0-3,5 ч, для раствора - 2,5-3,0 ч, а для бетона - 1,5-2 ч с момента укладки. При этом максимальная скорость развития пластической усадки у цементного теста, раствора и бетона находилась в пределах 4,0-6,0 мм/(м-ч). Пластическая усадка бетона зависит от В/Ц и консистенции бетонной смеси. Так, у бетонов составов 1,3,5 с разными В/Ц но с одинаковой подвижностью смеси (ОК=2-3см) максимальное значение пластической усадки заметно возрастает со снижением В/Ц составляет 2,3 мм/м при В/Ц=0,75; 3,1 мм/м при В/Ц=0,55 и 4,6 мм/м о при В/Ц=0,35. Обратно пропорциональная зависимость максимальной величины пластической усадки от В/Ц при постоянном расходе воды и одинаковой консистенции смеси объясняется, главным образом, изменением количества цементного теста в бетоне. При больших значениях В/Ц (В=const) количество цементного теста в бетоне уменьшается что уменьшает пластическую усадку. К изменению величины пластической усадки бетонов приводит также применение разноподвижных бетонных смесей. При постоянном В/Ц она снижается по мере повышения жесткости бетонной смеси. Однако это уменьшение усадочных деформаций при изменении консистенции смеси проявляется в значительно меньшей степени, чем при изменении В/Ц. Таким образом, целью уменьшения пластической усадки при производстве основных работ предпочтение следует отдавать бетонным смесям с минимально допустимой подвижностью [2,3].

Исследование влияния крупного заполнителя в бетоне показало, что с увеличением содержания цементного теста, с уменьшением количества и размера крупного заполнителя в бетоне максимальное значение его пластической усадки возрастает, однако пересыщение бетона щебнем или гравием, так же, как и применение заполнителя повышенной крупности, увеличивает степень стеснения деформаций пластической усадки и возникающие при этом растягивающие напряжения и, соответственно, количество дефектов в структуре твердеющего бетона. Влияние вида цемента изучалось на трех цементах марки 400: портландцементе Шымкенсткого цементного завода, шлакопортландцементе (45% шлака) «Стандарт Цемент» завода и пуццолановом портландцементе Шымкенсткого завода, имеющих удельные поверхности от 2920 до 3300 см²/г. На этих цементах приготовляли бетоны с В/Ц=0,35; 0,55 и 0,75. Эксперименты показали, что характер развития пластической усадки на всех трех цементах у бетонов с В/Ц=0,35; 0,55 и 0,75 был аналогичен, а максимальные значения деформаций у бетонов на шлакопортландцементе были на 0,2-0,3 мм/м и на пуццолановом портландцементе на 0,3-0,4 мм/м меньше, чем у бетонов на портландцементе. Активность цемента сказывается на величину пластической усадки цементного теста, однако ее влияние на бетон незначительно [2].

При изучении пластической усадки бетона с различными химическими добавками применяли портландцемент Шымкенсткого завода марки 400, кварцевый песок с М_кр=2,05 и гранитный щебень фракции 5-20мм. Использовали следующие поверхностно-активные добавки: пластифицирующие (СДБ и суперпластификатор С-3), пластифицирующе-воздухововлекающие и воздухововлекающие.

1-без добавки; 2-с добавкой-0,40%; 3-с добавкой-0,60%

Рисунок 1. Кинетика потери подвижности во времени в условиях сухого жаркого климата (В/Ц=0,55; расход цемента-356 кг/м³).

Подвижность бетонной смеси увеличилась от 6 до 12-15 см, и она по времени дольше сохраняется. Влагопотери образцов бетона, в течении 6 часов твердевших в условиях сухого жаркого климата, с добавкой составили 35-37%, а без добавки -60%.

Данные о влиянии новой пластифицирующей добавки на относительное изменение роста прочности бетона в зависимости от условий твердения показывают, что бетоны с добавкой, в условиях сухого жаркого климата, в начальные сроки твердения обладают более высокой прочностью по сравнению с бетоном без добавки, и дальнейший набор прочности происходит более интенсивно, что объясняется сравнительно меньшей влагопотерей. Введение в бетонную смесь добавки оказывает положительное влияние на формирование структуры цементного камня, повышая плотность бетона, что подтверждается повышением морозостойкости на 25–30% и водонепроницаемости на 20-25%. Как видно из рисунка 1 введение пластифицирующей добавки способствует уменьшению начальной пластической усадки бетона в условиях сухого жаркого климата, что объясняется замедленной влагопотерей [3].

Эффективность полученной добавки при введении ее в состав бетонной смеси оценивалась по изменению подвижности бетонной смеси, кинетику роста прочности в бетоне при твердении его в условиях сухого жаркого климата, прочностных характеристик бетонных образцов.

Литература

1 Заседателев Е. П. Пути оптимизации методов и режимов теплового воздействия на твердеющих бетон.

2 Темкин Евгений Сергеевич. Повышение стойкости и эффективности бетонов в условиях сухого жаркого климата: диссертация ... доктора технических наук: 05.23.05. - Москва, 2001.- 340 с.

3 Ю.М. Баженов, В.С.Демьянова, В.И.Калашников. Модифицированные высококачественные бетоны: науч.изд. – М.:АСВ, 2006. -368 с.