Библиографическое описание:

Гончарова Н. И., Абобакирова З. А., Абдурахмонов Д. М., Хазраткулов У. У. Разработка солестойкого бетона для конструкций с большим модулем открытой поверхности // Молодой ученый. — 2016. — №7.2. — С. 53-57.



Вопрос обеспечения надежности работы бетонных и железобетонных строительных конструкций зданий и сооружений весьма проблематичен при их эксплуатации в районах сухого жаркого климата республики с интенсивным засолением почв, грунтов и подземных вод. При этом повышение солестойкости наиболее актуально для бетонных и железобетонных конструкций и изделий дорожных и ирригационных систем (облицовка каналов и лотки ирригационные, покрытия дорог, площадок и полов).

В бетонных и железобетонных конструкциях, частично погруженных в минерализованную воду и имеющих значительную для испарения воды поверхность наблюдается кристаллизация солей в порах и капиллярах бетона, приводящая к коррозии III вида. Разрушение бетона происходит также и в результате перехода, накопившихся в порах, солей из безводной или маловодной формы в кристаллогидраты с высоким содержанием воды. При возможном проявлении вышеописанных факторов наиболее целесообразна такая защита, которая касается всемерного повышения плотности бетона, модификации его состава.

Перспективным направлением в регулировании напряженного состояния и дефектности бетона железобетонных конструкций с большим модулем открытой поверхности, повышения стойкости конструкции в минерализированной среде является использование в составе бетона демпфирующих добавок (низкомодульных веществ, бинарных наполнителей). Механизм действия включенных в состав бетона демпфирующих добавок с целью увеличения коррозионной стойкости бетона и повышения его трещиностойкости состоит в том, что на пути растущей трещины возникает энергетический гаситель в виде микровключения, не способного отдавать полученную энергию, затраченную на его деформирование. Тем самым уменьшается энергия роста трещины и происходит релаксация напряжений в её вершине.

Из низкомодульных веществ демпфирующего действия наибольший интерес представляет битумная эмульсия. Введение органических добавок в цементные бетоны известно давно, но действие их на свойства бетона не всегда было положительным. Это было связано с тем, что битум в цементные системы вводили в виде тонкоизмельченного порошка или путем распыления (смешивания) с цементом. Производили также помол цементного клинкера с добавлением битума. В зависимости от способа введения дисперсное состояние битума было различным, поэтому улучшение одних показателей часто сопровождалось ухудшением других.

В последнее время предложен другой технологический прием регулирования дисперсного состояния битума путем приготовления эмульсии. Результатами исследований были предложены эффективные эмульгаторы и определены оптимальные составы битумных эмульсий. При этом наиболее эффективной для битумизации цементных систем оказалась эмульсия, в качестве эмульгатора которой рекомендована не вызывающая обращаемости фаз эмульсия СДБ.

При изучении влияния добавки битумной эмульсии на технологические свойства бетона при твердении его в условиях сухого жаркого климата использовали битумную эмульсию (сокращенно БЭ) на основе битума БНД; эмульгатора – 50%-ного водного раствора СДБ и воды. Битумную эмульсию приготавливали с использованием акустического диспергатора. Дозировали битумную эмульсию по объему бетонной смеси. Полученную битумную эмульсию вводили в бетонные смеси, соответствующие классу бетона В15 и В25. Изучена прочность бетона на сжатие от дозировки битумной эмульсии. Отмеченный экстремальный характер зависимости прочности при сжатии бетона объясняется тем, что добавка БЭ до 2,4% за счет снижения водопотребности и улучшения структуры повышает прочность бетона на 26-35%. Прирост прочности позволил сократить расход цемента (на 30 и 50 кг/м3 соответственно) для получения бетона классов В15 и В25 с сохранением прочности.

Битумная эмульсия положительно влияет и на деформативные свойства бетона. Повышение деформативной способности битуминированного бетона по сравнению с обычным обусловлено образованием иных структурных связей. В свежеуложенной бетонной смеси жидкой фазой является вода с битумной эмульсией, а твердой минеральные материалы. В процессе твердения бетона битумная эмульсия распадается на воду и битум. В результате химического взаимодействия воды с минералами цементного клинкера образуются новообразования, приводящие к формированию кристаллизационных жестких связей, характерных для цементных систем. Битум же, частично адсорбируясь на поверхности заполнителя и частицах цементного камня, способствует формированию связей коагуляционного типа, повышающих вязкопластические свойства бетона. В зависимости от соотношения между цементом и битумом будут преобладать связи того или иного вида. Следовательно, количеством битумной эмульсии можно регулировать деформативные свойства бетона.

Разработанные составы бетона рекомендуются для изготовления конструкций и изделий дорожных и ирригационных систем.

Выбор конструкций дорожной одежды для дорог промышленных предприятий, как известно, находится в тесной взаимосвязи с интенсивностью движения, влиянием региональных природных условий (сочетание продолжительного жаркого и засушливого лета с влажным и холодным зимне-весенним периодом; преимущественное распространение малоустойчивых и засоленных лессовых грунтов и одномерных барханных песков и др.); наличием местных дорожно-строительных материалов. В процессе поиска должны быть обеспечены: требуемая долговечность и экономичность принимаемых технических решений (обеспечение необходимой прочности системы, заданной ровности покрытий и величины их сцепления с колесами автотранспортных средств).

Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее эффективных материалов, исходя из технико-экономической целесообразности их применения, с учетом максимального использования дешевых местных материалов, с минимальной дальностью их перевозки. Следует отметить, что при выборе конструкций дорожных одежд не следует предусматривать увеличение числа конструктивных слоев, так как дополнительные затраты, вызванные усложнением технологического процесса, и увеличение числа операций при устройстве дорожной одежды могут снизить экономическую эффективность, получаемую от применения местных материалов.

Основным исходным показателем, определяющим конструкцию дорожной одежды и тип покрытия, является перспективная интенсивность движения к концу срока службы конструкций перед очередным капитальным ремонтом. Интенсивность же движения определяется количеством автомобилей, проходящих в сутки по одной наиболее загруженной полосе.

Расчет дорожной одежды капитального типа производят по 3-ем критериям предельного состояния:

- упругому прогибу;

- допускаемому предельному равновесию по сдвигу в подстилающем грунте и слабосвязанных материалах конструктивных слоев;

- по допускаемому растягивающему напряжению при изгибе монолитных материалов.

Дорожные одежды с покрытиями облегченного и переходного типов рассчитываются только по упругому прогибу. Модуль упругости дорожной одежды характеризует её жесткость и должен обеспечивать нормальную работу одежды в упругой стадии.

Требуемый модуль упругости, может быть достигнут применением в покрытии цементного бетона с демпфирующими включениями, регулирующими внутренние напряжения, возникающие в бетоне при твердении его в условиях сухого жаркого климата и агрессивного солевого воздействия (наиболее вероятного агрессивного фактора на значительных засоленных территориях Узбекистана).

Целесообразность применения битумной эмульсии (БЭ) в качестве демпфирующего компонента бетона объяснима тем, что БЭ не только пластифицирует бетонную смесь, но и обеспечивает её жизнеспособность и нерасслаиваемость. Это особенно важно для конструкций с большим модулем открытой поверхности – дорог, эксплуатирующихся в условиях сухого жаркого климата. Известно, что при потере 1,5% воды затворения в начальный период твердения прочность бетона на изгиб в возрасте 7 суток снижается примерно на 30-35%, а при потере 2,5% воды снижение показателя достигает 40% от проектной прочности. При введении же в бетонную смесь 2,4% БЭ водоотдача в первые 3 ч по сравнению с эталонной снизилась на треть, а при 4% на половину.

Снижение водопотребности бетонной смеси и водоотдачи способствует значительному (на 45-50 %) уменьшению пластической усадки бетона при твердении в условиях СЖК.

Количество воды затворения определяли в зависимости от вида и содержания добавок при условии постоянной величины удобоукладываемости, равной 202 сек. Данные проведенных экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Водопотребность бетонной смеси с различным содержанием битумной эмульсии и эмульгатора СДБ

Вид добавки

Водопотребность1 м3 смеси (л) при добавке

Снижение водопотребности (%) при добавке

Битумная эмульсия, % по объему смеси

СДБ, % от массы цемента

БЭ

СДБ

БЭ

СДБ

Бетон класса В15

0

0

176

176

-

-

0,8

0,028

164,5

168,5

172,5

6,5

5,2

2,0

2,4

0,084

146

158

165

17

10

6,0

4,0

0,14

124

144

159

29,5

18

9,5

Бетон класса В25

0

0

184

184

-

-

0,8

0,028

168

171

178,5

8,5

7

3,0

2,4

0,084

149

162

172,0

19

12

6,5

4,0

0,14

128

147

165,5

30,5

20,0

10

Примечание: в числителе – показатели без учета воды, содержащиеся в эмульсии; в знаменателе – с учетом.

Анализ данных таблицы 1 показывает, что БЭ пластифицирует бетонную смесь в два раза сильнее, чем СДБ, взятая в количестве, соответствующем её содержанию в БЭ.

Таким образом, битумную эмульсию можно рассматривать как смазочный материал, который позволяет уменьшить трение между составляющими битуминизированного бетона и улучшить его удобоукладываемость за счет снижения содержания воды затворения.

Пластифицирующее действие битумной эмульсии и соответственно снижение водосодержания смеси объясняются непосредственным пластифицирующим действием самой эмульсии (битумные глобулы которой оказывают специфическое смазывающее действие на частицы бетонной смеси) и некоторым пластифицирующим действием эмульгирующей части (СДБ), а также тем, что битум, находящийся в эмульсии, входит в состав жидкой фазы, и лишь после распада эмульсии в процессе твердения цемента он становится твердым составляющим компонентом бетона.

Результаты изучения влияния БЭ на жизнеспособность и нерасслаиваемость бетонной смеси в условиях сухого жаркого климата приведены в табл. 2.

Таблица 2

Изменение подвижности бетонной смеси во времени в условиях сухого жаркого климата

Продолжительность выдержки бетонной смеси, мин

Удобоукладываемость смеси, с

Эталонная

С добавкой 2,4 % БЭ

15

20

20

30

20

20

45

10

20

60

0

20

75

-

10

Как видно из таблицы 2 битуминированная смесь значительно дольше сохраняет свою жизнеспособность, что объясняется не только замедлением её структурообразования в первые часы после приготовления, но и существенным уменьшением испарения воды из смеси.

В конструкциях с большим модулем поверхности, эксплуатирующихся в условиях сухого жаркого климата уменьшение испарения воды для свежеуложенного бетона существенно важно. Известно, что при потере 1,5% воды затворения в начальный период твердения прочность бетона на изгиб в возрасте 7 сут. снижается примерно на 30-35%, а при потере 2,5% воды снижение показателя достигает 40% от проектной прочности.

Для определения скорости водоотдачи использовали следующую методику: свежеуложенные образцы-кубы размером 7х7х7 см из эталонной бетонной смеси и бетонной смеси с добавкой 2,4 и 4,0% БЭ осторожно расформовывали, взвешивали с точностью до 0,5 гр и помещали в эксикатор над концентрированной серной кислотой после чего образцы взвешивали через каждые полчаса в течении первых 4 часов, а затем через 1 сут.

Из полученных данных следует, что бетонные смеси с добавкой БЭ отдают влагу меньше, чем эталонная. Так, при введении в бетонную смесь 2,4% БЭ водоотдача в первые 3 ч. по сравнению с эталоном снизилась на треть, а при 4% на половину. Поскольку сравниваемые образцы имели одинаковую поверхность испарения, уменьшение водоотдачи можно объяснить замедлением передвижения влаги в бетоне, содержащем добавку БЭ, которая обладает гидрофобизирующими свойствами, что и обуславливает объемную гидрофобизацию бетона, предопределяет замедление испарения и снижение водоотдачи.

Снижение водопотребностибетонной смеси и водоотдачи способствуют значительному (на 45-50%) уменьшению пластической усадки бетона при твердении в условиях СЖК (табл3).

Таблица 3

Пластическая усадка бетона

Класс бетона

Содержание БЭ, %

Пластическая усадка, мм/м во времени, ч

1

2

3

4

5

В15

-

2,1

2,5

3,0

3,3

3,4

2,4

-

1,3

1,7

1,9

1,9

В25

-

2,5

3,1

3,8

4,0

4,2

2,4

-

1,4

1,8

2,0

2,1

Из данных видно, что с уменьшением В/Ц с 0,6 до 0,5 при одинаковой подвижности бетона пл закономерно увеличивается.

Регулирование структурных напряжений в бетоне под влиянием БЭ благоприятно влияет на его прочностные свойства (табл.4).

Таблица 4

Рост прочности бетона на сжатие во времени

Класс бетона

Содержание БЭ, %

Предел прочности бетона, МПа, в возрасте, сут

3

7

28

90

180

В15

-

8,4

40

14,0

66

21,2

100

24,3

115

26,5

125

2,4

6,3

25

12,0

54

22,4

100

26,9

120

29,3

131

В25

-

13,5

44

21,7

71

30,6

100

33,7

110

36,7

120

2,4

9,8

31

17,8

56

31,8

100

36,9

116

40,7

128

Проведенные исследования показали, что добавка битумной эмульсии выполняет демпфирующую роль, следствием чего является улучшение технологических свойств смеси, структуры, прочностных, деформативных свойств бетона, что в конечном итоге обеспечивает бетону повышенную стойкость, а разработанные на основе БЭ эффективные составы бетона могут быть рекомендованы для конструирования дорожных покрытий, эксплуатируемых в условиях солевого агрессивного воздействия.

Литература:

  1. Тешабаев Р.Д., Гончарова Н.И., Абобакирова З.А. Отчет. ГНТП-8.22 «Разработка, исследование и практическое использование конструкций и изделий из цементного солестойкого бетона в зданиях и сооружениях» (заключительный), Фергана, 2005г.
  2. Тешабаев Р.Д., Гончарова Н.И. Трещиностойкость бетона в условиях циклических температурных воздействий. Материалы Международной научно-технической конференции «Инновация 2001». Ташкент, 2001 г.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle