д.т.н. Байджанов Д.О., Токанов Д.Т., Ионова И.А., Оспанов Н.М.

Карагандинский Государственный Технический университет, Казахстан

Исследования свойств бетона в условиях сухого жаркого климата с гидрофобизирующими добавками

Воздействие сухого жаркого климата на свежеуложенный раствор сопровождается повышенным массообменном, что является одной из причин снижения вязко-пластических свойств цементных смесей. Этот эффект является следствием ухудшения физико - технических свойств цементных материалов, в частности, деформативных свойств, деформаций усадки, прочности и т.п [1, 2].

В связи с этим, нами изучено влияние предлагаемых гидрофобизирующих модификаторов ГМП-С и ГМП-СУ на кинетику изменения массообмена (влагопотери) с поверхности свежеуложенного цементного раствора состава 1:3 в условиях сухого жаркого климата при температуре +40^оС в сравнении с цементным раствором без модификаторов, а также с раствором с контрольной добавкой ГПД. Результаты исследований представлены на рисунке 1.

а) б)

Влагопотери по массе, %

Продолжительность испытания, час

Влагопотери по массе, %

Продолжительность испытания, час

1 – без добавки; 2 – с модификатором ГПД-0,4%;

3– с модификатором ГМП-С-0,3%; 4 – с модификатором ГМП-СУ-1,8%

а) при постоянном водоцементном отношении (В/Ц=0,5); б) при постоянной подвижности раствора (РК=110мм)

Рисунок 1 – Кинетика изменения массообмена с поверхности свежеуложенного цементного раствора в условиях сухого жаркого климата

с различными добавками

Результаты испытания показывают (рисунок 1 а), что при постоянном водоцементном отношении (В/Ц=0,50) потери влаги с поверхности растворной смеси при действии условий сухого жаркого климата в присутствии предла-гаемых гидрофобизирующих модификаторов ГМП-С и ГМП-СУ уменьшается соответственно на 30 и 35% в сравнении с раствором без добавок. Также видно, что контрольная добавка ГПД уменьшает влагопотери с поверхности растворной смеси (при В/Ц=0,50) в указанных условиях соответственно на 18 и 28% в течение 5 суток твердения в сравнении с раствором без добавок.

Следует отметить, что при постоянной подвижности растворной смеси (рисунок 1 б) влагопотери с поверхности свежеуложенного цементного раствора в условиях жаркого климата в течение 5 сут твердения с модификаторами ГМП-С и ГМП-СУ уменьшаются соответственно на 37 и 45% в сравнении с раствором без добавок. При этом контрольная добавка ГПД, в течение 5 сут твердения, уменьшают влагопотери с поверхности свежеуложенного раствора соответственно на 20 и 32% в сравнении с раствором без добавок.

Необходимо отметить, что основная масса влаги испаряется в течение первых 48 часов. Затем этот процесс начинает замедляться и к концу 5 сут. почти совсем прекращается. Уменьшение влагопотери из раствора в раннем возрасте объясняется тем, что перемещение влаги из объема растворной смеси к поверхности уменьшается вследствии наличия объемной гидрофобизации, которая образуется благодаря действию предлагаемых гидрофобизирующих модификаторов ГМП-С и ГМП-У.

При этом вследствие адсорбции гидрофобизирующих добавок на цементных зернах и дальнейшем твердении раствора в межпоровой структуре образуется (по М.И. Хигеровичу) «вкрапленники», которые придают межпоровым мембранам гидрофобные свойства, что препятствует перемещению влаги в верхний слой цементного раствора, хотя градиент влажности высокий.

Особо следует напомнить, что введение предлагаемых гидрофобизирующих добавок способствует образованию в большем количестве закрытых пор, что существенно также, по нашему мнению, снижает испарение влаги из цементных материалов.

Данное положение определяет и характер капиллярного подсоса и водопоглощение. Результаты исследования этих свойств у цементных растворов с предлагаемыми модификаторами в зависимости от условий твердения представлены на рисунках 2, 3 и 4.

Из результатов (рисунок 2 а) видно, предлагаемые гидрофобизирующие модификаторы ГМП-С и ГМП-СУ позволяют снизить капиллярный подсос в течении 48 часов испытания по массе соответственно на 42 и 48 % в сравнении с раствором без добавок при твердении в нормальных условиях.

а)

Капиллярный подсос по массе, %

Продолжительность испытания, час

б)

Капиллярный подсос по массе, %

Продолжительность испытания, час

1–без добавки; 2– с добавкой ГПД – 0,4%; 3– с модификатором ГМП-С – 0,3%; 4– с модификатором ГМП-СУ -1,8%

а) твердения в нормальных условиях; б) твердения в условиях сухого жаркого климата

Рисунок 2 – Кинетика нарастания капиллярного подсоса цементного раствора в зависимости от условий твердения в возрасте 28 сут

Водопоглощение по массе, %

Продолжительность испытания, час

1–без добавок; 2 – с добавкой ГПД; 3– с модификатором ГМП-С – 0,3%;

4 – с модификатором ГМП-СУ – 1,8%

Рисунок 3 – Кинетика изменения водопоглощения цементного раствора в зависимости от видов добавок в возрасте 28 сут твердения в нормальных условиях

Следует отметить, что контрольная добавка ГПД в этих условиях уменьшает капиллярный подсос по массе соответственно на 30 и 40% в сравнении с раствором без добавки. При сравнении полученных результатов с контрольной добавкой ГПД отмечено, что предлагаемые гидрофобизирующие добавки ГМП-С и ГМП-СУ оказывают лучший эффект за счет снижения капиллярного подсоса по массе на 14 и 25%.

Из данных результатов исследования по указанному показателю (см. рисунок 2 б) установлено, что применение гидрофобизирующих модификаторов ГМП-С и ГМП-СУ приводит к снижению капиллярного подсоса по массе цементного раствора, твердеющего в условиях сухого жаркого климата соответственно на 44 и 57% в сравнении с раствором без добавок. В то время как контрольная добавка снижает указанный показатель соответственно на 24 и 39% в сравнении с раствором без добавок.

При этом установлено (рисунок 3), что предлагаемые гидрофобизирующие добавки уменьшают водопоглощение цементного раствора, твердеющего в нормальных условиях в возрасте 28 сут соответственно на 38 и 45% в сравнении с раствором без добавок, твердевшим в течение 48 час. В то время как контрольная добавка ГПД уменьшает водопоглощение соответственно на 18 и 38% в сравнении с раствором без добавок. Экспериментально установлено (рисунок 4 а), что указанные гидрофобизирующие модификаторы позволяют уменьшить водопоглощение цементного раствора, твердеющего в условиях сухого жаркого климата без раннего ухода, соответственно на 29 и 33% в течение 48 ч испытания в сравнении с раствором без добавок. Из рисунка видно, что контрольная добавка ГПД уменьшает водопоглощение раствора, твердеющего в указанных условиях на 20-25% в сравнении с раствором без добавок. Следует отметить, что в присутствии раннего ухода за бетоном (при закрывании поверхности образцов увлажненной тряпкой в течение 12 час после укладки) водопоглощение цементного раствора с модификаторами ГМП-С, ГМП-СУ и ГПД уменьшается соответственно на 42, 47 и 21% в сравнении с раствором без добавок (см. рисунок 4 б).

а) б)

Водопоглощение по массе, %

Продолжительность испытания, час

Водопоглощение по массе, %

Продолжительность испытания, час

1 – без добавки (контрольный); 2 – с добавкой ГПД – 0,4%;

3 – с модификатором ГМП-С – 0,3%; 4 – с модификатором ГМП-СУ – 1,8%

а) без раннего ухода за бетоном; б) в присутствии раннего ухода за бетоном

Рисунок 4 – Кинетика изменения водопоглощения цементного раствора, твердеющего 28 сут в условиях сухого жаркого климата в зависимости от видов модификаторов

Необходимо отметить, что водопоглщение раствора с модификаторами ГМП-С, ГМП-СУ и ГПД в присутствии раннего ухода уменьшается соответственно на 20, 26, 19% в сравнении с растворами содержащими эти добавки и твердевшими без раннего ухода за ними.

Отсюда можно утверждать, что лучший эффект на уменьшение водопоглощения и капиллярного подсоса раствор, твердеющего в различных климатических условиях, оказывает предлагаемые гидрофобизирующие модификаторы ГМП-С и ГМП-СУ.

Уменьшение показателей капиллярного подсоса и водопоглощение цементного раствора и бетона с гидрофобизирующими добавками объясняется гидрофобизацией внутренней поверхности пор и капилляров, а также влиянием этих модификаторов на повышение количества закрытых пор.

Анализируя полученные данные по водопоглощению образцов с модификаторами ГМП-С и ГМП-СУ, согласно классификации гидрофобизирующих добавок по основному положительному критерию эффективности – водопоглощению предлагаемые добавки можно отнести к третьей группе.

Таким образом, предлагаемые гидрофобизирующие добавки позволяют существенно управлять основными свойствами цементных растворов при твердении в различных климатических условиях, особенно в условиях сухого жаркого климата.

Литература:

1. Агаджанов В.И. Эффективность повышения долговечности конструкции производственных зданий с агрессивными средами. Бетон и железобетон. – 1990. - № 3 – С. 5-6.

2. Байджанов Д.О., Рыскалиев Б.С. Исследование влияния гидрофобиизи-рующих модификаторов на прочность бетона при твердении в различных климатических условиях. // Междунар. научно-практ. конф. Актуальные проблемы экономики, экологии, технологии добычи нефти и газа, обустройства и машиностроения нефтегазового комплекса. Сборник трудов. –Атырау. 2006, – С. 12–19.