Пути получения бетона для сборных железобетонных конструкций с использованием низкотемпературной тепловлажностной обработки

РЕФЕРАТ. В работе сформулированы рекомендации по получению бетона для производства сборных железобетонных конструкций с использованием низкотемпературной тепловлажностной обработки (с температурой изотермической выдержки не выше 60 °С), включающие в себя применение современных модифицирующих добавок, целенаправленный выбор цемента и учет его совместимости с добавками.

Ключевые слова: сборный железобетон, тепловлажностная обработка, портландцемент, модифицирующая добавка, ранняя проч­ность.

Keywords: precast reinforced concrete, steaming treatment, Portland cement, water-reducing admixture, early strength.

Тепловлажностная обработка (ТВО) сборных железобетонных конструкций позволяет получить требуемую передаточную или отпускную прочность бетона в раннем возрасте. Вместе с тем ТВО при температуре 80 °С и выше имеет ряд недостатков, связанных с ухудшением структуры бетона, снижением его нормативной прочности и морозостойкости, большими энергозатратами [1, 2].

Европейские нормативные документы ограничивают максимально возможную температуру изотермической выдержки при ТВО, которая не должна превышать 60 °С [3]. Согласно европейским нормам [4], максимально возможная температура ТВО назначается в зависимости от содержания SO₃ в цементе. В российских нормативных документах подобных ограничений не предусматривается.

Целесообразность применения малопрогревных технологий при производстве сборного железобетона обусловлена улучшением характеристик бетона, повышаю­щих его долговечность. Например, для цементов с содержанием SO₃ в пределах 2,6—3,0 %, какими являются многие цементы, применяемые в Северо-Западном регио­не России, температура изотермической выдержки, согласно [4], не должна превышать 55—57 °С.

В соответствии с изложенным авторы поставили задачу определить эффективные модифицирующие добавки, позволяющие производить сборный бетон и железобетон с использованием ТВО с пониженной температурой изотермической выдержки без увеличения продолжительности ТВО и с сохранением производительности заводов ЖБИ.

Наши исследования показали, что для получения бетона с высокой прочностью в ранний период нормального твердения следует применять различные оптимальные дозировки водоредуцирующих добавок на поликарбоксилатной основе. Эти дозировки подбираются исходя из требований технологии производства сборного бетона и железобетона.

В зависимости от технологии производства железобетонных конструкций требования к отпускной или передаточной прочности могут предъявляться к бетону в различном возрас­те: для двукратной оборачиваемости форм в сутки — в возрасте 12 ч; для однократной — в возрасте 18—24 ч. Введение добавок не должно увеличивать продолжительность технологического цикла производства изделий. В связи с этим при выборе вида и расхода водоредуцирующих добавок необходимо учитывать их замедляющее действие.

На основании изложенного была проведена оценка влияния современных водоредуцирующих добавок на кинетику набора прочности цементного камня на образцах-кубиках размерами 20 × 20 × 20 мм, которые изготавливались из равноподвижного цементного теста при различных расходах добавок и хранились в нормально-влажных условиях.

Для исследований выбраны водоредуцирующие добавки на поликарбоксилатной основе, которые были обозначены ПК1, ПК2, ПК3, ПК4, ПК5, ПК6, ПК7, и отечественные комплексные ускоряюще-водоредуцирующие добавки: Петролафс (ООО «ФОРТ») и СП СУБ тип 1 (ОАО «Полипласт»). Исследования проводились на портландцементе ПЦ 500-Д0-Н производства ЗАО «Мальцовский портланд­цемент».

Для оценки влияния добавок на кинетику набора прочности цементного камня был рассчитан эффективный коэффициент набора прочности (Кэ²⁴) с учетом водоредуцирующего действия добавки, предложенный в работе [5] для цементного камня суточного возраста. Такие коэффициенты можно рассчитывать и для цементного камня в возрасте 12 ч:

Вд — водоредуцирующее действие добавки, В/Цн — водоцементное отношение цементного теста без добавки, В/Цпл — водоцементное отношение цементного теста с добавкой,

где Кс¹² — коэффициент относительной активности цемента в возрасте 12 ч в присутствии добавки в равнопластичном тесте, Rн¹² — прочность цементного камня без добавки в возрасте 12 ч, Rпл¹² — прочность цементного камня с добавкой в возрасте 12 ч.

Аналогичным образом рассчитаны эффективные коэффициенты набора прочности цементного камня в возрасте 18 и 24 ч (см. рисунок).

Рис. 1. Эффективные коэффициенты набора прочности цементного камня в возрасте: а — 12 ч (Кэ¹²); б — 18 ч (Кэ¹⁸); в — 24 часов (Кэ²⁴).

Исходя из полученных значений коэффициента Кэ¹² для подбора состава бетона, к которому предъявляются требования по передаточной или отпускной прочности после ТВО продолжительностью 12 ч, подходят добавки ПК1, ПК2, Петролафс и СП СУБ тип 1, имеющие наибольшие значения коэффициента Кэ¹². Отметим, что с увеличением дозировки водоредуцирующих добавок значения этого коэффициента снижаются несмотря на снижение водоцементного отношения. Наи­большие значения коэффициента Кэ¹⁸ получены для цементного камня с добавками ПК5—ПК7; коэффициента Кэ²⁴ — для цемент­ного камня с добавками ПК4—ПК7.

Таким образом, дозировка добавок должна определяться не исходя из условия их максимального водоредуцирующего действия, а с учетом замедляющего действия, которое они могут оказывать на кинетику набора проч­ности бетона.

Следующим вопросом производства сборного железобетона по малопрогревной технологии является выбор портландцемента. Здесь предпочтительны портландцементы, обеспечивающие высокую интенсивность набора прочности в ранние сроки и высокое теп­ловыделение для достижения саморазогрева бетона. Цементы различных заводов с одинаковой маркой по прочности могут иметь различную скорость ее набора на раннем этапе твердения, что зависит от многих факторов. К основным из этих факторов относятся удельная поверхность, грануломет­рический и минералогический составы, срок хранения цемента и др. [6].

Чтобы выбрать оптимальное вяжущее для малопрогревной технологии, предложено использовать прочность при сжатии цементного камня в возрасте 12 ч, твердеющего в нормально-влажных условиях. Другим критерием при выборе портланд­цемента для малопрогревной технологии является его совместимость с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ). Под совместимостью здесь следует понимать влияние добавок на сохранение удобоукладываемости бетонной смеси, кинетику набора прочности.

На кафедре «Строительные материалы и технологии» ФГБОУ ВПО Петербургский государственный университет путей сообщения для применения малопрогревных технологий разработана методика определения совместимости добавок с портландцементом. В качестве критерия используется значение предельного напряжения сдвига (пластической прочности), МПа [6]. Данные о кинетике изменения этой величины сопоставляются с результатами оценки относительной активности цемента в 12-часовом возрасте. Дополнительным достоинством методики является возможность определить оптимальный расход добавки [7].

Таким образом, в результате выполненных в Петербургском государственном университете путей сообщения исследований разработаны методические основы получения бетона с высокой ранней прочностью при использовании малопрогревной технологии и сформулированы соответствующие рекомендации, включающие в себя применение современных модифицирующих добавок, целенаправленный выбор цемента и учет его совместимости с добавками.

ЛИТЕРАТУРА

1. Малинина Л.А. Тепловлажностная обработка бетона / М.: Стройиздат. 1977. 158 с.

2. Петрова Т.М., Серенко А.Ф., Егоров В.Н. Ресурсосберегающие технологии при изготовлении шпал // Путь и путевое хозяйство. 2006. № 9. С. 2—3.

3. Крикунов И.О. Современные требования к железобетонным шпалам и уровень их качества в России // Бетон и железобетон. 2007. № 5. С. 19—22.

4. EN 13230—1: 2002 Railway applications. Track. Concrete sleepers and bearers. General requirements.

5. Баженов Ю.М., Калашников В.И., Демьянова В.С. Высококачественный бетон. М.: АСВ, 2007. 555 с.

6. Смирнова О.М. Требования к гранулометрическому составу портландцементов для производства сборного железобетона по малопрогревной технологии // Цемент и его применение. 2012. № 2. С. 205—207.

7. Серенко А.Ф., Петрова Т.М. Беспропарочная технология производства подрельсовых конструкций. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте». 2012. 136 с.