Проектирование составов бетонов с химическими добавками. Методические указания по курсу ''Технология бетона, строительных изделий и конструкций''

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ БЕТОНОВ С ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ Методические указания по курсу «Технология бетона, строительных изделий и конструкций»

Составители: Заяханов М.Е. Цыремпилов А.Д.

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2000

Методические указания по курсу «Технология бетона, строительных изделий и конструкций» для студентов специальности 290600 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций и направления 550100 – Строительство

Рецензент: Беппле Р.Р.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКАМИ – УСКОРИТЕЛЯМИ ТВЕРДЕНИЯ Введение добавок – ускорителей твердения способствует повышению прочности бетона. Добавки – ускорители твердения позволяют получать более высокий предел прочности или при прочих равных условиях необходимую прочность бетона в более раннем возрасте (чем и оправдывают свое название). Поэтому модификацию бетонов добавками – ускорителями твердения называют химической активацией бетонов. Введение в бетонную смесь добавок также вызывает сокращение сроков схватывания бетонной смеси. Так, например, при 2%-й добавке от массы цемента продолжительность периода от затворения смеси до начала ее схватывания сокращается в два раза, при 4%-й – в четыре, а при 5%-й – в пять раз. Уплотнение характеризуется коэффициентом контракции, являющимся отношением теоретического значения средней плотности цементного теста к средней плотности цементного теста в начале его схватывания (табл.1). Добавки – ускорители твердения способствуют пластификации цементного теста и бетонной смеси. Эффективность пластификации характеризуется коэффициентом снижения водопотребности цемента Кс.в., учитывающим снижение показателя нормальной густоты цементного теста при введении добавки (табл.1).

Таблица 1 Значение коэффициента контракции цементного теста с химическими добавками Со де рж ан ие до ба вк и, % 0 1 2 3 4 5

Значение коэффициента контракции при относительном водосодержании цементного теста Х 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,65

1,04 5 1,02 5 1,01 5 1,00 7 1,00 1 1,00 0

1,04 3 1,02 4 1,,0 13 1,00 6 1,00 1

1,03 8 1,02 1 1,01 1 1,00 0 1,00 0

1,03 2 1,01 8 1,00 9

-

-

1,00 3 1,00 0

1,000

1,026

1,019

1,011

1,014

1,01

1,001

1,008

1,006

1,000

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1,000

Таблица 2 Значение коэффициента Кс.в. Вид химической добавки Хлорид кальция (ХК) Нитрит кальция (НК) Нитрит-нитратхлорид-кальция (ННХК) Сульфат натрия

Значение коэффициента Кс.в. при содержании добавки, % 1 2 3 4 5 0,94 0,91 0,89 0,885 0,883

0,968

0,947

0,928

0,912

0,902

(СН) Нитрит-нитрат кальция (ННК)

0,978

0,964

0,951

0,94

0,93

Методика расчета состава бетона с добавкой – ускорителем твердения. 1. Значение коэффициента активации определяют по формуле Какт=1+(Ку – 1)Кэ, где К – коэффициент, учитывающий увеличение прочности за счет снижения водосодержания цементного теста в бетоне: Ку = 1/К2с.в; Кэ - коэффициент, учитывающий влияние водосодержания цементного теста на эффект активации: Кэ = (φi-1)/(φ1-1), (1) где φi – коэффициент контракции для цементного теста без добавок при принятом Х; φ1 – коэффициент контрации для цементного теста без добавок при Х=1 (при нормальной густоте теста). Принимая во внимание, что коэффициент контракции цементного теста без добавок при Х=1 равен 1,043, Кэ = (φi-1)/0,043 2. Определяют значение относительного водосодержания цементного теста в бетонной смеси: Х=√Кк Кз Какт Rц /Rсж 3. Уточняют значение коэффициента активации и определяют прочность бетона: Rсж=Кк Кз Какт Rц /X2 4. Объем крупного заполнителя для приготовления 1м3 бетонной смеси находят по графику (рис.1) в зависимости от установленного значения относительного водосодержания цементного теста и необходимой удобоукладываемости бетонной смеси.

Рис.1. Изменение подвижности ОК и жесткости Ж бетонной смеси в зависимости от ее водосодержания и степени заполнения бетона крупным заполнителем: 1 – Х=0,876; 2 – 1,0; 3 – 1,1;4 – 1,2; 5 – 1,3; 6 – 1,4; 7 – 1,5;8 – 1,65; 1, 2, 3, 4 - жесткость; 3′, 4′ , 5, 6, 7, 8 подвижность.

5. Расход крупного заполнителя в бетоне определяют по формуле: К1=Vк ρк.в , (2) где Vк – объем крупного заполнителя; ρ к.в – плотность заполнителя в виброуплотненном состоянии. 6. Объем песка для приготовления 1м3 бетонной смеси вычисляют по формуле:

Vп= (1-Vк)+VкПк, (3) где Пк – пустотность крупного заполнителя. 7. Расход песка определяют по формуле: П1= Vп ρ п.в , (4) где ρ п.в – плотность песка в виброуплотненном состоянии. 8. Объем пустот в смеси заполнителей вычисляют по формуле: Vп.см= VпПп, (5) где Пп – пустотность песка. 9. Суммарную площадь поверхности зерен заполнителей рассчитывают по формуле: Sсм=Sп+Sк=16П1Кф.п(Р2,5+2Р1,2+4Р0,6+8Р0,3+16Р0,14+ (6) 32Р0,1)/ ρ п +К1Кф.к(Р40+2Р20+4Р10+8Р5)/ ρ к , где Рi – процентное содержание каждой фракции заполнителей; Кф.п и Кф.к – коэффициенты формы зерен песка и крупного заполнителя (1,3-1,5 – для речного песка, 1,7-1,9 – горного, 1,5-1,8 – гравия, 1,8-1,9 – щебня); ρ п и ρ к - средняя плотность зерен песка и крупного заполнителя, кг/м3. 10. Объем бетонной смеси вычисляют с учетом раздвижки зерен заполнителей по формуле: Vб=1+tоб Sсм, (7) где tоб – толщина оболочек цементного теста на зернах заполнителей (0,000013м); а объем цементного теста по формуле: Vт=(Vп.см+tобSсм)/Vб, (8) где Vб – объем бетона, м3 11. Расход цемента в бетоне определяют с уточненным показателем нормальной густоты, которая будет изменяться за счет пластификации цементного теста химической добавкой, определяемым по формуле (9 ) К1н.г=Кс.в Кн.г

Расход цемента Ц=1000Vт/[ ϕ (1000/ ρ ц +ХК1н.г)]

(10)

При этом значение коэффициента контракции цементного теста для бетонной смеси с химическими добавками принимают из табл.1. 12. Расход заполнителей на 1м3бетонной смеси корректируют по формулам: П2=П1/Vб (11) К2=К1/Vб (12) 13. Водопоглощение заполнителей определяют по формуле: В3=0,0001(П2 ∑ Рпi Bз.пi +К2 ∑ Ркi Bз.кi ), (13) где Bз.пi и Bз.кi – величина водопоглощения каждой фракцией песка и крупного заполнителя (табл.3). 14. Общий расход воды для приготовления 1м3 бетонной смеси находят как сумму расходов воды на получение цементного теста и водопоглощение заполнителей: B=ЦХК1н.г+Bз (14) 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА ПЛАСТИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ

С

Использование пластифицирующих добавок способствует повышению плотности и прочности бетона за счет уменьшения расхода воды вследствие пластифицирующего эффекта и сокращает сроки схватывания цементного теста. Эффект пластификации бетонной смеси добавкой обусловлен снижением водопотребности цемента в присутствии добавки, проявляется в уменьшении показателя нормальной густоты цементного теста. При введениидобавки в размере 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4 и 0,5% от массы цемента показатель нормальной густоты цементного теста понижается и характеризуется коэффициентом снижения водопотребности Кс.в, рав-

ным соответственно 0,965; 0,93; 0,91; 0,89; 0,875; 0,86; 0,84 и 0,825. Схватывание наступает в сроки, составляющие соответственно 70; 55; 43; 35; 27; 20; 13 и 10% от срока схватывания цементного теста без добавок. К пластифицирующим добавкам относятся: сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), водорастворимый препарат (ВРП-1), мылонафт (М1), мелассная упаренная последрожжевая барда (УПБ), пластификатор адипиновый (ПАЩ1) и др. Прочность цементного камня и бетона с добавкой несколько понижается при тех же значениях водосодержания по сравнению с цементным камнем и бетоном без добавки. Как известно, это обусловлено экранирующим действием добавок, блокирующих зерна цемента. Снижение прочности можно характеризовать коэффициентом блокировки Кбл, который принимают при процентном содержании добавки 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45 и 0,5% соответственно равным 0,985; 0,997; 0,955; 0,94; 0,925; 0,91; 0,875; 0,83; 0,77 и 0,7. Методика расчета состава бетона с пластифицирующей добавкой. 1. Коэффициент пластификации цементного теста вычисляют по формуле Кпл=Ку Кбл, где Ку=1/К2с.в; Кбл – коэффициент блокировки цементных зерен пластифицирующим веществом. 2. Поскольку прочность бетона выражается уравнением: Rсж=Кк Кз Кпл Rц /Х2, относительное водосодержание цементного теста можно найти из выражения Х= √Кк Кз Кпл Rц/Rсж 3. При принятом значении Х прочность бетона составит:

Rсж=Кк Кз Кпл Rц/Х2 4. Объем крупного заполнителя для бетона определяют по графику ( рис.1) 5. Расход крупного заполнителя вычисляют по формуле (2) 6. Объем песка в бетоне определяют по формуле (3) 7. Расход песка находят по формуле (4) 8. Объем пустот в смеси заполнителей рассчитывают по формуле (5) 9. Суммарную площадь поверхности зерен определяют по формуле (6) 10. Объем бетонной смеси вычисляют с учетом раздвижки зерен заполнителей по формуле (7), а объем цементного теста в бетоне – по формуле (8) 11. Расход цемента в бетоне устанавливают по формуле (10) при измененном значении показателя нормальной густоты цементного теста, определяемом по формуле (9) 12. Принимая во внимание раздвижку зерен заполнителей цементным тестом, производят корректировку расхода заполнителей по формулам (11,12) 13. Водопоглощение заполнителей вычисляют по формуле (13) 14. Общий расход воды для приготовления 1м3 бетонной смеси находят по формуле (14) 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ

С

Использование воздухововлекающих добавок позволяет получать бетоны повышенной морозостойкости. Установлено, что эффективность добавок проявляется при дозировке 0,01…0,05% от массы цемента. Снижение средней плотности бетона происходит за счет вовлечения воздуха в цементное тесто бетонной смеси с добавкой и повышения его пористости.

Содержание вовлеченного воздуха в цементном тесте при введении добавки в количестве 0,01; 0,02; 0,05;0,1; 0,2 и 0,3% от массы цемента составляет соответственно 3; 4,5; 6; 7,5; 9 и 10%. Воздухововлечение способствует проявлению пластификации бетонной смеси и цементного теста. Пластификация характеризуется коэффициентом снижения водопотребности цемента Кс.в, учитывающим снижение показателя нормальной густоты цементного теста при введении добавки. Снижение водопотребности цемента с добавкой становится заметным лишь при содержаниидобавки более 0,05% от массы цемента. Значения коэффициента Кс.в при содержании добавки 0,05; 0,1; 0,2 и 0,3% равны соответственно 0,993; 0,984; 0,955 и 0,912. Вовлечение воздуха в цементное тесто и бетонную смесь приводит к снижению прочности бетона. Исследованиями доказано, что каждый процент повышения объема вовлеченного воздуха приводит к снижению прочности примерно на 6%. К воздухововлекающим добавкам относятся: смола нейтрализованная (СНВ), синтетическая поверхностноактивная добавка (СПД), омыленный древесный пек (ЦНИПС-1), смола древесная омыленная (СДО), сульфонол (С) и др. С учетом свойств бетона с добавкой методика определения состава бетона будет иметь следующие дополнения: а) по содержанию введенной добавки необходимо определить объем вовлеченного воздуха (или его процентное содержание от объема цементного теста в бетоне); б) по процентному содержанию вовлеченного воздуха необходимо определить величину снижения прочности бетона и среднее значение значение снижения его плотности. Методика расчета состава бетона с воздухововлекающей добавкой.

1. Определение значения коэффициента, учитывающего воздухововлечение в цементном тесте. Коэффициент воздухововлечения вычисляют по формуле Кв.в=Ку(1-6Рв), где Ку=1/К2с.в; Рв – относительное содержание вовлеченного воздуха в цементном тесте. 2. Относительное водосодержание цементного теста в бетонной смеси с воздухововлекающей добавкой Х=√Кк Кз Кв.в Rц/Rсж 3. При принятом значении Х прочность бетона составит: Rсж=Кк Кз Кв.вRц/Х2 4. Объем крупного заполнителя в бетоне устанавливают по графику ( рис.1) 5. Расход крупного заполнителя определяют по формуле (2) 6. Объем песка 1м3 бетонной смеси рассчитывают по формуле (3) 7. Расход песка вычисляют по формуле (4) 8. Объем пустот в смеси заполнителей в бетоне определяют по формуле (5) 9. Суммарную площадь поверхности зерен заполнителей рассчитывают по формуле (6) 10. Объем бетонной смеси определяют с учетом раздвижки зерен заполнителей цементным тестом по формуле (7), а объем цементного теста в бетоне – по формуле (8). 11. Расход цемента в бетоне определяют с учетом объема вовлеченного воздуха и уточненного показателя нормальной густоты цементного теста: Ц1=(Vт-VтРв) 1000/[ ϕ (1000/ ρц +ХК’н.г)], где К′н.г=Кс.в Кн.г 12. Расход заполнителей корректируют по формулам (11,12)

13. Водопоглощение заполнителей определяют по формуле (13) 14. Общий расход воды вычисляют по формуле (14)

Рекомендуемая литература 1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. – М.: Стройиздат, 1984. 2. Производство сборных железобетонных изделий. Справочник / Под ред. К.В. Михайлова и др./ - М.: Стройиздат, 1998. 3. Шалимо М.А. Лабораторный практикум по технологии бетонных и железобетонных изделий. – Минск, Высш. школа, 1987. 4. Руководство по применению химических добавок в бетоне / НИИЖБ Госстроя – М.: Стройиздат, 1980.