д.т.н. Д.О. Байджанов, Д.Т. Токанов, М.М. Кенжеалиев, Н.М. Оспанов

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Особенности влияния модификаторов на эксплуатационные свойства бетонов

 

Для получения бетонов с заданными или регулируемыми эксплуатационными свойствами необходимо на основании установленных закономерностей изменения физико-механических и технологических параметров формования в зависимости от состава композиции бетона, компоненто модификаторов проводить прогнозирование эксплуатационных свойств конечных деталей, изделий и конструкций.

Эксплуатационные свойства изделий и конструкций характеризуются в основном стойкостью во времени регламентированными соответствующими нормативными документами и СНиП, строительной индустрии, к воздействиям статических, динамических и циклических механических, температурных воздействий, агрессивных сред, излучения и влаги и т.д. Показателями стойкости к вышеуказанным воздействиям, как известно, являются: долговечность, ползучесть, усадка, морозостойкость, водопоглощение и др.

Зависимость от введения добавок наблюдается при оценке значений Кпр. Снижение Впр и Кпр от модификаторов находится в следующей градации: МБП-14®КМ-21®МБК-7. Анализ комплекса физико-механических, реологических и эксплуатационных свойств дает основание утверждать, что выбор модификаторов в каждом конкретном случае необходимо приводить исходя из функционального назначения бетона. Основной задачей регулирования состава бетона - получение заданных эксплуатационных свойств исходя из функционального назначения бетонных, железобетонных изделий и конструкций. Одним из путей поставленных задач по улучшению эксплуатационных свойств, как известно модификация структуры, бетона приводящая к повышению изотропности свойств и сплошности бетона.

 

а)

..\ris\Untitled-4.jpg

 

б)

..\ris\Untitled-4_1.jpg

 

- с базальтовым волокном; 1 - Куст бетонов без базальтового волокна; 2 - Куст бетонов с базальтовым волокном.

 

Рисунок 1 - Диаграмма стойкости к цилиндрическим нагрузкам (а) и коэффициента усталостной прочности (б)

Для бетонов, исследуемых для производства изделий и конструкций эксплуатируемых при повышенных статических, динамических и механических напряжений необходима оценка долговечности, стойкости к циклическим нагрузкам.

Оценку стойкости модифицированных бетонов к циклическим нагрузкам проводили на приборе УТС-10 «Тесттехник» при частоте 1×106Гц и напряжении составляющим 80% от предельного напряжения сжатия. На рисунке 1 показана стойкость исследуемых в настоящей работе бетонов к циклическим нагрузкам при нормальной температуре и коэффициент усталостной прочности (Куст) определенный по формуле:

где R28 - предел прочности бетона на сжатие при возрасте 28 суток после ТВО Rц28 - предел прочности после испытания.

Анализ представленных результатов эксперимента показывает, что добавки, содержащие ПВХ проявляют наибольшую стойкость к циклическим нагрузкам (5,0×106 циклов). Кремнийорганический олигомер существенного вклада на стойкость к циклическим нагрузкам не оказывает. По абсолютным значениям показатель материалов с базальтовым волокном несколько ниже, чем у материалов без армирующего заполнителя, что объясняется ориентацией микроволокон перпендикулярно направлению градиента давления сжатия. Следовательно, базальтовое волокно повышает упругость бетона, а макромолекулы ПВХ вязкоупругие свойства бетона, что хорошо согласуется с данными [1].

С целью прогнозирования долговечности исследуемых бетонов при длительных постоянных нагрузках, моделирующих эксплуатационные свойства изделий и конструкций, находящихся при длительном статическом нагружении (например плиты перекрытия), изучали их ползучесть. Оценку способности деформироваться при постоянном напряжении (напряжение для всех исследуемых систем принято 10МПа, то есть 50 % [s]j) проводили на разрывной машине УТС-10 «Тесттехник» (ФРГ) - с использованием приставкой разработанной на кафедре ТСМиИ КарГТУ. Для оценки ползучести использовали меру ползучести (С) [2]:

 

где Еn - полная деформация; s - напряжения растяжения.

Предельное напряжение вырыва [sр] стержня из тела бетона (возраст 28 суток) для исследуемых систем составляет 40-50МПа (таблица 1). Для оценки ползучести принимали  sр =0,2[sр]пр. Деформацию определенную за прямыми измерениями в ходе эксперимента принимали за полную деформацию. Результаты эксперимента представлены на рисунке 2.

 

График18.jpg

 

1 - без модификатора; 2 - МБП-14+БВ; 3 - КМ-21+БВ; 4 - МБК-7+БВ; Т=293±5К; sр=10МПа

 

Рисунок 2 – Ползучесть модифицированных бетонов

 

Для корректировки значений sр  для бетонных композиций, содержащих полимерную добавку ПВХ, вводили поправочный коэффициент К=1,08.

Как показывают результаты эксперимента изменения ползучести во всем исследуемом диапазоне времени соответствуют зависимости деформации во времени при постоянном нагружении характерной для бетона. Введение олигомерных добавок на стойкость к действию долговременных статических нагрузок существенного влияния не оказывает. Очевидно, снижению деформативности во времени при постоянных нагрузках оказывает влияние базальтовое волокно и полимерная добавка (кривая 3 и 4), а их сочетание усиливают этот эффект (кривая 4), что обусловлено микоармированием структуры целостного камня и образованием макромолекул ПВХ в зацеплении с фрагментами продуктами гидратации вязко-упругих элементов в макроструктуре бетона, что хорошо согласуется с литературными данными.

Так как, абсолютные значения С для всех исследуемых систем (с модификатором и без модификатора) является величиной одного порядка можно констатировать, что долговечность бетонов определяется в основном физико-механическими свойствами цемента, заполнителей и целевых компонентов и физико-механическими процессами, протекающими в процессе твердения бетона, при которых проявляются модифицирующие действия добавок как то: регулировании структуры цементного камня, скорости кристаллизации, оптимизации упаковки в объеме снижения макро-и микропор.

Важной характеристикой долговечности бетона является его морозостойкость. Влиянию добавок на морозостойкость посвящены работы всех ведущих НИИ, исследователей стран СНГ и зарубежья.

Так как в настоящей работе исследуются свойства жестких бетонов нами исследованы влияния добавок МБК-7, МБП-14 и КМ-21 на морозостойкость так как, по Ю.М. Баженову [3] и Соловьеву В.И. [4] известно, что при В/Ц =0,30...0,35 морозостойкость бетонов с добавками резко снижается уже при 100 циклах нагружения. В таблице 1 приведены результаты экспериментальных работ по определению морозостойкости исследуемых бетонных систем по стандартной методике, состав бетонов соответствует ранее принимаемым в исследованиях.

 

Таблица 1 - Морозостойкость модифицированных бетонов

№ п/п

Модификаторы

циклы/DGw

циклы /Кмрз

100

150

200

300

400

100

150

200

300

400

1

Без модификаторов

1,9

3,30

5,15

-

-

0,91

0,87

0,75

-

-

2

МБК-7

0,75

0,81

2,67

2,83

2,94

0,94

0,96

0,96

0,90

0,90

3

МБК-7+БВ

0,75

0,80

2,65

2,85

2,97

0,94

0,95

0,95

0,90

0,91

4

МБП-14

1,40

1,70

3,07

3,27

3,39

0,91

0,87

0,85

0,80

0,75

5

МБП-14+БВ

1,30

1,59

2,91

2,97

3,00

0,91

0,87

0,82

0,80

0,75

6

КМ-21

1,12

1,39

1,75

2,98

3,03

0,92

0,90

0,85

0,80

0,75

7

КМ-21+БВ

1,10

1,41

2,80

3,01

3,00

0,92

0,91

0,85

0,80

0,75

 

Примечание: DGw - потеря массы; Кмрз - коэффициент морозостойкости

Из анализа представленных данных следует, что разработанные материалы обладают достаточной стойкостью [СНиП, ГОСТ] при испытании до 300 циклов нагружения. Введение олигомерно-модифицирующих добавок (МБК-7) позволяет улучшить стойкость исследуемых бетонов к циклическим температурным нагрузкам. Использование же поливинилхлорида несколько снижает морозостойкость (Кмрз=0,87...0,75) по сравнению с материалами, содержащих олигомерные добавки. Результаты эксперимента свидетельствуют, что введение базальтового волокна не приводит к существенным изменениям морозостойкости. По показателю морозостойкости можно считать базальтовое волокно инертным заполнителем.

Таким образом, по показателям морозостойкости (DGw и Кмрз) прогнозировать, что разработанные материалы могут эксплуатироваться в жестких климатических условиях (резко-континентальный) Казахстана.

 

Литература:

1.    Мусаев Т.С. Повышение долговечности железобетонных шпал. Дисc. ... докт. техн. наук. Алматы - 2003. - С.52-110.

2.    Кулибаев А.А. Состояние и перспективы развития промышленности строительных материалов//МНПК «Инженерная наука на рубеже XXI века». - Алматы, 2001, С. 3-10.

3.    Баженов Ю.М. Технология бетона. Уч. пособие для Вузов. М.: Высш.шк., 1987. - С.54 – 150

4.    Соловьев В.И., Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные бетоны. Алматы: КазГосИНТИ, 2000. - С.6-45.