Исследования влияния тепловой обработки бетона повышенной водонепроницаемости на его прочность

Один из эффективных способов орошения земель в Республике Узбекистан осуществляется с помощью сборных железобетонных лотков оросительных систем. В процессе эксплуатаций сборные железобетонные лотки находятся под влиянием сложных эксплуатационных условий. Процесс течения потока воды под воздействием напора, особенно его донная часть, способствует ее значительному увлажнению и даже фильтрации воды через стенки. Поэтому, для изготовления сборных железобетонных лотков применяют бетоны повышенной водонепроницаемости.

При изготовлении сборных железобетонных лотков термовлажностная обработка его имеет важное значение. Пар для термообработки лотков подается в термоформу сводообразующей параболы, с его нижней торцевой стороны. При этом в процессе подъема температуры сама форма подвергается значительному деформированию. Необходимо отметить, что зона максимальной температуры совпадает с открытой поверхностью, образованной загрузочным отверстием, обуславливая интенсивную миграцию воды в эту зону и ее испарение. Это, в свою очередь, приводит к образованию направленных капилляров, ухудшая в процессе эксплуатации лотка водонепроницаемость, морозостойкость и прочность бетона в наиболее ответственной его части.

Единственным путем устранения такого негативного явления является интенсивная подача пара с целью вытеснения паровоздушной среды полного заполнения внутреннего пространства формы паром. Однако такая интенсивная подача пара может привести к резкому подъему температуры в начальной стадии тепловой обработка лотков.

Но, как показывает практика, такой интенсивный нагрев происходит самой термоформы и в меньшей степени бетонной смеси. Для выравнивания температуры между термоформой и бетонной смесью требуется определенное время, за которое бетонная смесь должна приобрести некоторую начальную прочность и назначение продолжительности предварительного выдерживания необходимо устанавливать, исходя из этого.

В трудах С.А.Миронова, Б.А.Крылова, Ф.М.Иванова и Л.А.Малининой показана возможность получения бетонов с высокими физико-механическими свойствами после термообработки.

Как известно, для достижения высокой водонепроницаемости и прочности бетона после термообработки необходимо учитывать такие факторы, как время предварительной выдержки, скорость подъема температуры, продолжительность изотермического прогрева. Однако, определяющим фактором, оказывающим наибольшее влияние на водонепроницаемость бетона в процессе термообработки, является продолжительность предварительной выдержки и скорость подъема температуры, от которых зависят величины внутренних напряжений в бетоне при нагреве.

Продолжительность предварительного выдерживания, в основном, зависит от свойства бетонной смеси. Ю.М.Баженов[1] рекомендует осуществлять предварительную выдержку для подвижных смесей в течение 3-6 час., жестких смесей – не менее 2-3 час. и особо жестких смесей – 1-2 час. Предварительная выдержка бетонных смесей с комплексной добавкой, включающей в себя суперпластификатор С-3 (без снижения В/Ц), может быть несколько больше по сравнению с бетонными смесями без добавок, т.е. при сниженном В/Ц, не изменяется. Результаты исследования В.А.Бабаева [2] бетонных смесей подвижностью ОК=8см показали, что предварительная выдержка при применении добавки С-3 и приготовлении равноподвижной с контрольным составом бетонной смеси, составляет около 3 ч. Однако, длительное предварительное выдерживание нерационально, так как влияет на оборачиваемость стальных форм.

Изучение физико-механических свойств бетона в зависимости от режимов термообработки является весьма важным, тем более с комплексной добавкой С-3+КЭ 119-215, которая исследуется впервые.

В исследованиях тепловлажностную обработку бетона осуществляли в лабораторной пропарочной камере с автоматическим регулированием режима. Для определения прочности бетона были изготовлены образцы-кубы размерами 100х100х100 мм, которые испытывались в возрасте 1, 3, 7, 28 сут. после ТВО и сравнивались с аналогичными характеристиками образцов нормального твердения.

Кинетика нарастания прочности бетона повышенной водонепроницаемости изучались на двух составах: без добавок с В/Ц=0,58 и подвижностью ОК=3,0 см; с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 (0,5+0,1 % от массы цемента) и подвижности бетонной смеси 2-3 см и объем вовлеченного воздуха в количества 3 %. В обоих составах расход цемента был одинаков и составил 350 кг/м3, а содержание песка в смеси заполнителей ( было также одинаковым, т.е. .

Предварительное выдерживание изменяли в диапазоне 1-2 час. Скорость подъема температуры составляла 20 и 27оС/час. Продолжительность изотермического прогрева равнялась 6 и 8 час. Изотермический прогрев был осуществлен при температуре 60 и 80оС. Продолжительность остывания во всех случаях была равна 3 часам.

Результаты исследований кинетики нарастания прочности бетона в зависимости от режимов термообработки показывают (рис.1), что, несмотря на небольшую разницу в продолжительности предварительного выдерживания(1 и 2 час), все же между ними имеет место определенное различие.

Рис.1. Кинетика нарастания прочности бетона в зависимости от продолжительности предварительного выдерживания: 1, 3 и 5 – образцы без добавок; 2,4 и 6 – образцы с комплексной добавкой С – 3 + КЭ 119- 215; 1,2 – образцы нормального твердения; 3,4 – образцы, подвергнутые ТВО по режиму 1+ 3 +6 +3 ч t=80ОС; 5, 6 – по режиму 2+ 3 +6 +3 ч t =80ОC.

Так, если бетон без добавок с предварительной выдержкой в течение 1 часа имеет после ТВО в возрасте 28 сут. 88 % марочной прочности, то при 2 часах предварительной выдержки она достигает 115 %. У бетонов с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 кинетика нарастания прочности происходит так же, как у бетонов без добавок. Необходимо отметить, что у бетонов нормального твердения с комплексной добавкой С-3+119-215 набор прочности в первые 7 суток по сравнению с бетонами без добавок происходит быстрее.

Причиной этого может быть низкое водоцементное отношение и присутствие в составе бетона кремнийорганического полимера, который повышает степень гидратации цемента, о чем будет сказано ниже.

Интересно, что прочность бетонов нормального твердения с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 составляет в возрасте 1 сут. – 69 %, а в возрасте 3 сут. – 94 %, в возрасте 7 сут. – 123 % от марочной.

Исследования влияния скорости подъема температуры на кинетике нарастания прочности бетона (рис.2) показали, что несмотря на небольшую разницу в скоростях подъема температуры (всего на 7оС), имеется определенное различие в прочностных показателях.

Рис.2. Кинетика нарастания прочности бетона в зависимости отскорости подъема температуры: 1,3 и 5 – образцы без добавок; 2,4 и 6 – образцы с комплексной добавкой С – 3 + КЭ119- 215;

Так, если с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 при скорости подъема температуры 20оС/ч набирает прочность в возрасте 28 сут. равную 138% от марочной, что при скорости нагрева 27оС /ч она на 7% ниже, т.е. равна 131%. Необходимо отметить, что прочность бетонов при скорости подъема температуры 20оС в первые 7 сут. резко возрастает, по сравнению с бетонами, подвергнутыми разогреву со скоростью 27оС.

Результаты исследования влияния продолжительности изотермического прогрева в течение 6 и 8 час показали (рис.3), что кинетика нарастания прочности бетонов с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 по сравнению с бетонами без добавок, практически не отличается(температура изотермического прогрева 60оС). Так, бетон с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 с продолжительностью изотермического прогрева 6 ч. (рис.3) через 1 сутки после ТВО набирает 77% марочной прочности, тот же бетон при 8-часовой продолжительности изотермического прогрева набирает 80% марочной прочности.

Прочность же бетонов без добавок в зависимости от продолжительности прогрева заметно отличается, и при 6-часовой продолжительности составляет 35%, при 8-часовой-72%.

Это дает основание рекомендовать для бетонов с указанной комплексной добавкой продолжительность изотермического прогрева 6часов.

Результаты исследования кинетики нарастания прочности бетона в зависимости от температуры изотермического прогрева приведены на рис.4.

Рис.4. Кинетика нарастания прочности бетона в зависимости оттемпературы изотермического прогрева; 1,3 и 5-образцы без добавок; 2,4 и 6 – образцы с комплексной добавкой С-3 + КЭ119- 215; 1 и 2 – образы нормального твердения; 3 и 4- образцы, подвергнутые ТВО изотермического прогрева t=60°С;

5 и 6 – то же при 80 С.

Как видно из результатов исследований, кинетика нарастания прочности бетонов с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 и без добавок с повышением температуры изотермического прогрева с 60°С до 80°С увеличивается. Необходимо отметить, что прочность бетонов с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215 через 1 сут. после ТВО при изотермическом прогреве 80°С набирает 94 % марочной прочности, а при 60°С-77 %.

Таким образом, термообработка бетона повышенной водонепроницаемости (с комплексной добавкой С-3+КЭ119-215) при температуре 60°С, повышается водонепроницаемость, морозостойкость и при этом достигается экономия теплоэнергоресурсов. Термообработка бетона при температуре 80°С повышает прочность бетона и сокращает общий цикл.

1. Баженов Ю.М. Технология бетона.-М.: Высшая школа, 1978.–455 с.
2. Бабаев В.А. Тепловлажностная обработка бетонов с добавкой суперпластификаторов С-3// Бетоны с эффективными суперпластификаторами. – М.,1979. – С. 69-85.