| 6. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ И БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЕ БЕТОНЫ ИЗ ЖЕСТКИХ СМЕСЕЙ
Идея получения высокопрочного бетона всегда привлекала внимание специалистов. Применение автоклавной обработки, добавление к цементу молотого кварца и вибропрессование смеси с давлением 100—400 кг/см2 дали возможность немецким исследователям получить бетоны прочностью до 1 800 кг/см2. Существенной особенностью технологии таких высокопрочных бетонов явилось использование очень жирных жестких смесей с минимально возможным значением В/Ц.
Чрезвычайно высокую прочность и одновременно высокую стойкость против химических воздействий дает «ократирование» бетона — обработка его газообразным четырехфтористым кремнием (SiF4) под давлением в 4 атм. Этот способ, по данным Гуммеля , позволяет использовать для получения бетонов с прочностью 800—1 200 кг/см2 более тощие и пластичные смеси. Имеются описания и других способов получения бетонов высокой прочности. Однако в большинстве своем эти способы выходят за пределы обычной технологии бетона и не могут быть применены на современных заводах железобетонных изделий без коренного изменения существующей технологии.
Для объективного рассмотрения вопроса о высокопрочном бетоне необходимо прежде всего дать определение такого бетона.
Некоторые авторы [20, 29, 84, 87] считают высокопрочным такой бетон, прочность которого превышает активность входящего в его состав цемента. Подобное определение неприемлемо, так как, согласно ему, бетон с прочностью 350 кг/см2 на цементе марки 300 будет считаться высокопрочным, а бетон с прочностью 700 кг/см2 на цементе марки 800 будет отнесен к категории обычных бетонов. Очевидно, определяющий признак высокопрочного бетона должен соответствовать минимальному значению абсолютной прочности бетона, т. е. надо установить, с какой марки бетон должен именоваться высокопрочным.
Как известно, большинство выпускаемых и намеченных к выпуску железобетонных конструкций изготовляется из бетона с прочностью 200 кг/см2. В предварительно напряженных конструкциях, армированных профилированной высокопрочной проволокой, отпускная прочность бетона не превышает 300 кг/см2, что примерно соответствует марке бетона 500. Только в части колонн каркасов, многоэтажных зданий отпускная прочность бетона равна 400 кг/см2, что соответствует марке бетона несколько более 600. Приведенные примеры позволяют считать нижним пределом высокопрочных бетонов 500 кг/см2.
Целесообразность использования высокопрочных бетонов подтверждается тем общеизвестным фактом, что удельная стоимость бетона на единицу прочности существенно снижается по мере повышения прочности.
Важнейшими условиями получения высокопрочных бетонов является применение при их изготовлении высокоактивного цемента и качественных заполнителей. Для высокопрочного бетона (марки 500) следует использовать цемент с активностью не ниже 600 кг/см2. Для перехода к более высоким маркам бетона должна соответственно расти и активность цемента, которая должна составлять не менее 120% от марки бетона. Должна быть повышена не только активность цемента, но и скорость его твердения. Быстротвердеющий цемент должен характеризоваться активностью в суточном возрасте не менее 300 кг /см2.
Наряду с использованием высокоактивного цемента для ускорения твердения бетона необходимо использовать вибродомол цемента и добавление хлористого кальция. Вибродомол следует использовать так же, как средство восстановления способности быстро твердеть для цемента, пролежавшего некоторое время до использования.
Прочность «заполнителей для высокопрочных бетонов должна не менее чем в два раза превышать требуемую марку бетона. Заполнители должны быть свободны от глинистых и пылевидных примесей.
Применение качественных материалов еще не может гарантировать получение высокой прочности бетона. Существенным является подбор состава бетонной смеси с минимально низким значением В/Ц и минимальным расходом цемента. Выполнение последних требований возможно путем применения жестких смесей, поэтому на них следует остановиться подробнее.
Приготовить бетон с низким значением В/Ц и, следовательно, с высокой прочностью при сравнительно малой жесткости смеси можно за счет большого расхода цемента в бетоне. Однако для бетонной смеси заданной жесткости на данных материалах существует предельное значение В/Ц, ниже которого не наблюдается рост прочности бетона. Этому значению В/Ц соответствует и предельный расход цемента. Определенный расход цемента, когда дальнейшее его увеличение уже не вызывает роста прочности бетона, составляет для смесей с удобоукладываемостью 30—65 сек. около 600 кг/м3. При подобной удобоукладываемости минимальные значения В/Ц составили 0,3—0,35.
По данным С. А. Миронова и Г. А. Аробелидзе, минимальные значения В/Ц оказались равными 0,25 при удобоукладываемости 30 сек и 0,3 при осадке конуса 10 см.
В этом случае минимальным значениям В/Ц соответствовал громадный расход цемента—800 кг/м. Максимальная прочность бетонов при активности цементов 500 кг/см2 и в том, и в другом случаях не превышала 500 кг/см2. Для получения более экономичного высокопрочного бетона необходимо повышение жесткости бетонной смеси. Это хорошо видно из графика (рис. 27), приведенного в работе Эрнтроя и Шэклока . График показывает также, что по мере возрастания жесткости смеси (снижения коэффициента уплотняемости по Гланвиллю) увеличение жирности смеси оказывает все меньшее влияние на повышение прочности бетона. По данным Г. Д. Копеленского [15, 38], А. Н. Ульяновой, К. Э. Горяйнова и А. В. Михайлова [20, 56] в особо жестких и сверхжестких бетонных смесях предельный расход цемента, обеспечивающий существенное повышение прочности, составляет 400—425 кг/м3. При таком расходе цемента и надлежащем уплотнении были получены бетоны с прочностью более 500 кг/см2 (на 10—50% выше активности использованных цементов). При нормально жестких смесях на качественных заполнителях (например, гранитном щебне) высокопрочные бетоны могут быть получены при расходе 400—500 кг/м3 цемента марок. 500—600, т. е. при достаточно эффективном использовании вяжущего.
Таким образом, применение жестких бетонных смесей является обязательным условием получения экономичного высокопрочного бетона из цементов обычных марок.
При приготовлении высокопрочных бетонов из жестких бетонных смесей необходимо учитывать некоторые их особенности. Как правило, жирные жесткие смеси дают некоторое завышение показателя жесткости при определении его в техническом вискозиметре так как они из-за своей большой вязкости плохо расплываются при вибрации. Однако не следует увлекаться измерением лишь одного времени уплотнения бетонной смеси, так как при сложной конфигурации изделия и высокой степени насыщения его арматурой недоучет этой особенности жирных жестких бетонных смесей может привести к недоуплотнению отдельных частей изделия при его формовании.
В жирных жестких смесях с низкими значениями В/Ц большое значение приобретают водопоглощение крупного заполнителя и водопотребность цемента. Применение высокоалюминатных тонко молотых цементов при низких значениях В/Ц и заполнителях с значительным водопоглощением может вызвать слишком быстро загустевание бетонной смеси, значительно повышающее ее жест кость, что затрудняет уплотнение.
В жирных жестких бетонных смесях не проявляется различие в удобоукладываемости смесей на щебне и гравии; зерновой состав заполнителя также незначительно влияет на прочность бетон и водопотребность бетонной смеси. Однако эти выводы, учитывая зарубежный опыт применения жирных жестких смесей, нуждаются в дополнительной проверке.
* * *
В последние годы широко освещались методы получения быстротвердеющего бетона. Применение быстротвердеющих цементов добавки гипса и СаСl2, домол цемента и, наконец, использование жестких бетонных смесей позволяют значительно ускорить твердение бетона. Наибольший эффект дает совокупность перечислении: мероприятий и в первую очередь использование жестких смесей в сочетании с добавками СаСl2 и гипса, а также применение быстротвердеющих или вибродомолотых цементов. Так, по данным Г. Д. Копелянского , при применении особо жестких смесей с расходом цемента марки 500—222 кг/м3 и добавки СаСl2 возможно получить после суточного твердения при 15—20° бетон прочностью 140 кг/см2. Примерно такие же данные приводят К. Э. Горяйнов и А. В. Михайлов [20, 56], отмечающие значительный эффект от введения добавок хлористого кальция, а также хлоралюмокальция выражающийся в повышении прочности бетонов из жестких смесей в раннем возрасте. Вместе с тем эти авторы, а также А. Н. Ульянова, указывают, что при низких В/Ц (около 0,3) в жестких смесях эффект действия СаС12 исчезает. Высокие прочности в раннем возрасте при использовании жестких смесей были получены Г. И. Горчаковым . При расходе быстротвердеющего цемент 400 кг/м3 и В/Ц, равном 0,3, после однодневного нормального хранения был получен бетон прочностью 160—210 кг/см2. Высокие прочностные показатели были получены этими авторами и при 5- 6-часовом пропаривании бетонов из жестких смесей.
Наряду с использованием жестких бетонных смесей некоторыми авторами рекомендуется использование и других эффективных средств повышения скорости твердения бетона. А. Е. Десовым были проведены опыты по получению быстротвердеющих бетонов на высокоалюминатных цементах с повышенной добавкой гипс (5—7% от веса цемента). При удобоукладываемости 30—50 и расходе цемента около 300 кг/м3 прочность бетона в суточном возрасте составляла 100—150 кг/см2.
По другим рекомендациям, быстротвердеющий бетон, достигающий через 15 час. нормального твердения 50—55% марочной 28-дневной прочности, был получен использованием добавки СаСl2, гипса (3—7%) и жидкого стекла, применением низких (0,37—0,4) В/Ц и относительно высоких расходов цемента (400—450 кг/м3). Через 2 часа после затворения бетон достигал прочности 14—25 кг/см2 и поддавался распалубке. Через 15 час. прочность бетона повышалась до 160—220 кг/см2. Применяемая бетонная смесь имела осадку конуса 3—4 см. Так же, как в цементах с повышенной добавкой гипса, бетонная смесь отличалась быстрым загустеванием и уже через 40—45 мин ее подвижность снижалась до 1—2 см.
Как следует из приведенных примеров, использование пластичных и малоподвижных смесей не позволяет достичь столь высоки: ранних прочностей бетона, какие получаются при применении жестких смесей. Поэтому жесткие бетонные смеси должны использоваться для получения высоких ранних прочностей бетона,
Большинство авторов предлагает использовать быстротвердеющие бетоны главным образом с целью замены в технологическом процессе тепловлажностной обработки твердением при нормальных условиях. При применении жестких смесей на быстротвердеющем или вибродомолотом цементах в сочетании с добавкой хлористого кальция становится возможным получить бетон прочностью 200 кг/см2 уже после однодневного твердения в нормальных условиях. При этом расход цемента по сравнению с малоподвижным смесями не увеличивается (табл. 21).
Бетонные смеси, результаты испытаний которых представлен табл. 21, приготовлялись на обычном (№ 3) и быстротвердеюще (№ 4) цементах Белгородского завода марки 500. Вибродомс (сухим способом) осуществлялся в лабораторной вибромельнице M10-3 (емкостью 10 л) с добавлением 3% гипса от веса цемента. Удельная поверхность цемента после домола была 4 500- 5000 г/см2. Образцы твердели при температуре 15—20° и относительной влажности воздуха 90—100%. Как известно, на прочность бетона в раннем возрасте большое влияние оказывает температура твердения. Так, снижение температуры с 20 до 10° уменьшает однодневную прочность бетона более чем в 2 раза.
Поэтому применение режима твердения в течение одного дня может дать эффект лишь при достаточно высокой температуре твердения (не менее 15—20°), что ограничивает использование такого способа производства железобетонных изделий или вынуждает устраивать специальные камеры твердения.
Значительно больший эффект может быть достигнут при краткосрочной тепловой обработке. Данные табл. 21 показывают, что всего лишь при 5-часовом пропаривании легко достигается прочность бетона 250—300 кг/см2— в 1,5—2 раза выше прочности бетона, твердевшего в естественных условиях один день. Учитывая время предварительной выдержки (около 2 час.) и время, необходимое для выгрузки изделий из камер (около одного часа), общая продолжительность цикла составит 8 час., т. е. в 3 раза меньше, чем при однодневном твердении. Поэтому на заводах железобетонных изделий, там, где имеются пропарочные камеры, применение жестких бетонных смесей позволяет значительно сократить продолжительность пропаривания изделий, увеличив почти в 2 раза оборачиваемость форм и соответственно пропускную способность камер. На полигонах и при стендовой организации производства применение жестких бетонных смесей позволяет получить требуемые прочности через 24—48. час., что особенно важно при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий.
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
