Методическое пособие 720

структуры с достижением минимальных значений эффективной вязкости ηэфф min ~ 0,1 Па·с за более короткий период времени при использовании добавки ОМД-3 по сравнению с применением с ОМД-1 и ОМД-2.

1

Окончание

уплотнения

2

3

Рис. 6.3. Влияние вида ОМД (на основе молотого песка) на виброреологические свойства бетонных смесей при равной осадке конуса (ОК = 15 см; Аω2 = 20 м/с2):

1 – с ОМД-1 10 %, В/Ц = 0,33; 2 – с ОМД-2 10 %, В/Ц = 0,34; 3 – ОМД-3 10 %, В/Ц=0,26

Отмеченные явления подтверждаются результатами оптических исследований бетонных смесей, модифицированных ОМД (рис. 6.4). Первоначально в свободноуложенном состоянии в структуре смеси формируются агрегированные фрактально-кластерные структуры из мелкодисперсной составляющей бетонной смеси (рис. 6.4, а). При внешних вибрационных воздействиях вследствие возникновения относительного движения как агрегатов из микрогетерогенной составляющей, так и грубодисперсных частиц заполнителя структура бетонной смеси претерпевает существенные перестройки (рис. 6.4, б, в). Из первоначальных крупных агрегатов формируются более мелкие, что сопровождается увеличением концентрации плотных зон (зоны повышенной плотности имеют светлую окраску). При этом применение ОМД-3 способствует наибольшему разрушению первоначально сложившейся фрактально-кластерной структуры смеси, способствуя ее большему уплотнению (коэффициент уплотнения Купл = 0,99) (рис. 6.4, в) по сравнению с бетонными смесями, модифицированными ОМД-1 с Купл = 0,97 (рис. 6.4, б).

111

а)

10 мм

Рис. 6.4. Влияние ОМД на изменение структуры бетонных смесей при вибрационных воздействиях (ОК = 15 см; Аω2 = 20 м/с2)

(темные области – «разряженные» зоны):

а) свободно уложенная смесь; б) вибрированная смесь с ОМД-1 (минеральный компонент – молотый песок) 10 %, В/Ц = 0,33; б) вибрированная смесь с ОМД-3

(минеральный компонент - молотый песок) 10 %, В/Ц = 0,26

Также установлено, что при прочих равных условиях использование ОМД-3 позволяет снизить величины энергозатрат на процесс виброуплотнения бетонных смесей в 2,1 раза, при применении ОМД-1 и ОМД-2 - в 1,4 раза по сравнению с контрольным составом бетонной смеси (рис. 6.5).

Таким образом, варьируя видами разработанных ОМД, возможно получать бетонные смеси с различными величинами реологических и виброреологических показателей τ0 и ηэфф min при равных значениях удобоукладываемости. Полученные данные важны в практическом отношении для производства бетонных смесей с требуемыми реологическими характеристиками τ0 и ηэфф min , исходя из условий реализации процессов транспортирования и формования бетонных смесей, а также для регулирования параметров этих технологических переделов. Например, использование ОМД-3 рекомендовано для получения литьевых и самоуплотняющихся бетонных смесей, формование которых должно

112

осуществляться с незначительными внешними воздействиями или без них, так как в данном случае сочетается низкое τ0, которое определяет максимальную текучесть и повышенное значение ηэфф min,, которое обеспечивает стабильность и связность смеси при формовании. Применение ОМД-1 и ОМД-2 рекомендовано для бетонных смесей, укладка и уплотнение которых должны сопровождаться внешними вибрационными воздействиями. В данном случае высокое значение τ0 будет способствовать сохранению структуры смесей при динамических воздействиях, например при транспортировке, в то же время при вибрационном воздействии такие смеси хорошо укладываются за счет снижения ηэфф

min.

2

1

3

Рис. 6.5. Влияние ОМД на энергозатраты при виброуплотнении бетонных смесей

(В/Ц = соnst = 0,32; Аω2 = 20 м/с2):

1 – без добавок; 2 – ОМД-1 (минеральный компонент – молотый песок) 10 %; 3 – ОМД-3 (минеральный компонент – молотый песок) 10 %

6.2. Результаты исследований влияния органоминеральных добавок на основные свойства бетонов

По результатам экспериментальных исследований установлено, что при постоянном В/Ц-отношении разработанные ОМД позволяют повысить подвижность бетонных смесей без снижения прочности бетонов (табл. 6.1, 6.2). На изменение подвижности бетонных смесей существенное влияние оказывает как вид ПАВ, так и вид минерального компонента, входящих в состав комплексных ОМД, при этом полученные данные соотносятся с результатами исследований, проведенных на модельных системах и на цементном тесте. Так, наибольший пластифицирующий эффект наблюдается при использовании ОМД-3, что поз-

113

воляет увеличить подвижность бетонной смеси на четыре марки: с П1 до П5, использование ОМД-1 и ОМД-2 способствует увеличению марки бетонной смеси по удобоукладываемости до П4 (табл. 6.1). При прочих равных условиях применение ОМД-3 с молотым известняком способствует наибольшему пластифицирующему действию (табл. 6.2).

Таблица 6.1

Влияние ОМД, содержащих ПАВ различного вида, на свойства бетонных смесей и бетонов

Таблица 6.2 Влияние ОМД-3, содержащих различные минеральные компоненты,

на свойства бетонных смесей и бетонов

114

При равной удобоукладываемости, что было и ожидаемо, применение всех видов разработанных ОМД оказывает положительное влияние на свойства бетонных смесей (табл. 6.3). При этом максимальное водоредуцирующее действие до 47 % наблюдается при использовании ОМД-3, содержащей молотый известняк. Помимо значительного снижения водопотребности разработанные ОМД обеспечивают большую связность бетонных смесей, которую оценивали по показателю расслаиваемости. Расслаиваемость оценивалась показателем раствооотделения и водоотделения в соответствии с ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний». Из табл. 6.3 видно, что использование всех разработанных ОМД позволяет снизить расслаиваемость бетонных смесей по сравнению с нормируемыми величинами. Это является особенно важным при использовании бетонных смесей, характеризующихся повышенной подвижностью, при проведении монолитного бетонирования, предназначенных для подачи бетононасосами, в том числе для самоуплотняющихся бетонных смесей. Наименьшие значения показателей раствороотделения и водоотделения были зафиксированы при использовании ОМД-3 при всех исследованных видах минерального компонента (табл. 6.3).

115

Экспериментальные данные по исследованию сохраняемости удобоукладываемости бетонных смесей во времени показали, что наибольшее увеличение периода сохраняемости происходит при модифицировании бетонных смесей ОМД-3 (рис. 6.6), при этом подвижность таких смесей практически не изменяется в течение 150 минут.

4

2 1

3

Рис. 6.6. Сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей с различными видами ОМД: 1 – эталон (без добавки);

2– с ОМД-1 (минеральный компонент – молотый песок);

3– с ОМД-2 (минеральный компонент – молотый песок); 4 – с ОМД-3 (минеральный компонент – молотый песок)

На следующем этапе работы было исследовано влияния разработанных ОМД на кинетику твердения и основные физико-механические свойства бетонов. Свойства бетонов определялись на образцах-кубах размером 10×10×10 см. Установлено, что в целом полученные данные по влиянию составов и способов приготовления ОМД на свойства бетонных смесей и бетонов соотносятся с результатами, полученными на цементном камне. Применение ОМД, приготовленных в виде суспензии с сушкой, вследствие большего водоредуцирующего действия в бетонных смесях способствует большему, на 10 … 15 %, повышению прочности бетона по сравнению с использованием ОМД, приготовленных методами предадсорбционного сухого нанесения и дискретного распределения химической добавки на поверхности минеральных компонентов (табл. 6.4). Применение ОМД-3, содержащей молотый кварцевый песок позволяет получить наибольшие показатели прочности бетона по сравнению с использованием ОМД-1 и ОМД-2, с другими видами минеральных компонентов как в возрасте 28 суток, так и в более ранние сроки твердения (рис. 6.7, 6.8).

116

Таблица 6.4 Влияние способов приготовления ОМД на свойства бетонных смесей

и бетонов при ОК = const = 20 – 21 см

Рис. 6.7. Влияние вида ОМД на прочность бетона в возрасте 28 суток при постоянной реологической характеристике ОК = 20 – 21 см (способ приготовления ОМД – суспензия с сушкой)

117

6

4

5

3 2

1

Рис. 6.8. Кинетика набора прочности бетоном: 1 – контрольный состав (без добавки);

2 – с С-3 (0,74 % отдельно); 3 – с Melflux 2651F (0,74 % отдельно);

4 – с ОМД-1 (минеральный компонент – молотый песок); 5 – с ОМД-2 (минеральный компонент - молотый песок); 6 – с ОМД-3 (минеральный компонент - молотый песок)

При использовании разработанных ОМД установлена возможность сокращения расхода цемента в равноподвижных бетонных смесях от 20 до 30 % в зависимости от вида ОМД без снижения прочности бетонов (табл. 6.5).

Следует отметить, что все представленные выше результаты были получены на составах бетона с использованием рядовых сырьевых материалов. В работе были проведены исследования по оптимизации составов бетонов, модифицированных ОМД, за счет применения обогащенных заполнителей рацио-

118

нально подобранного гранулометрического состава, с точки зрения получения плотных упаковок, с использованием метода, реализованного в работе [133]. Проектирование оптимальных составов бетона, характеризующихся максимальным заполнением смеси заполнителей с прерывистой гранулометрией и минимальным расходом цемента, осуществлялось экспериментальнорасчетным методом, разработанным в Воронежском ГАСУ на кафедре технологии строительных изделий и конструкций. На основании данного метода с использованием добавки ОМД-3 был запроектирован состав тяжелого бетона, который позволил существенно повысить физико-механические характеристики бетона (табл. 6.6). В контрольном составе № 1 применялись рядовые сырьевые материалы.

Как показали результаты испытаний, разработанные составы бетона, модифицированного ОМД, позволяют существенно повысить не только прочностные, но и другие основные физико-механические свойства бетона (табл. 6.7).

Таблица 6.6 Составы и свойства бетонов, модифицированных добавкой ОМД-3*

119

6.3. Технико-экономическая эффективность от использования разработанных органоминеральных добавок

Расчет технико-экономической эффективности от внедрения разработанных комплексных ОМД для бетонов производился по нескольким пунктам.

1.Расчет экономической эффективности от использования разработанных ОМД для получения бетонных смесей БСГ В60, П5, F300, W12. Установлено, что себестоимость ОМД-3 (минеральный компонент – молотый песок), применяемой для получения бетона с заданными свойствами, составляет 17,9 р./кг, себестоимость известных органоминеральных модификаторов, содержащих

микрокремнезем, выше и составляет 19,1 р./кг. Затраты на основное производство (сырье и материалы) 1 м3 бетона с использованием ОМД-3 составят

3330 р., при использованием известных модификаторов – 3395 р. Таким образом, при производстве мощностью 10000 м3 бетонной смеси для получения бетона с заданными характеристиками использование разработанной ОМД-3 позволяет получать 650000 рублей экономии в год (в ценах 2010 г.).

2.Технико-экономическая эффективность от использования разработанных ОМД достигается за счет следующих показателей (табл. 6.8).

Таблица 6.8 Технико-экономический эффект от использования комплексных ОМД

Таким образом, установлено, что использование разработанных комплексных ОМД позволяет регулировать реологические и виброреологические

120