Статья: Оценка эффективности применения суперпластификаторов для повышения эксплуатационных свойств керамзитобетонов

Оценка эффективности применения суперпластификаторов для повышения эксплуатационных свойств керамзитобетонов

Соколов П.Э., Нечай Д.В., Мячина А.А. Институт архитектуры и строительства, Волгоградский государственный технический университет; Сентенберг С.А. Волгоградский технологический колледж

Аннотация

Области применения керамзитобетонов в строительстве расширяются с каждым годом. Это в свою очередь приводит к повышению требований не только к материалам, но и технологии изготовления керамзитобетонов. Одним из направлений повышения эксплуатационных свойств керамзитобетонов является применение и широкое внедрение различных видов химических добавок - суперпластификаторов.

Проблема выбора наилучшей добавки из множества требует технического обоснования ее эффективности. С этой целью проведены исследования влияния различных добавок суперпластификаторов на изменение свойств керамзитобетонных смесей и керамзитобетонов. Произведен анализ полученных при исследовании данных. Результаты анализа позволили дать оценку влияния исследованных добавок - суперпластификаторов на свойства керамзитобетона. На основании проведенного корреляционного анализа выявлены зависимости между исследованными характеристиками и теснота связи между ними. На примере одной из добавок построена регрессионная модель зависимости прочности керамзитобетона от расхода добавки. Применение коэффициента конструктивного качества позволило дать оценку эффективности керамзитобетонов с добавками суперпластификаторов

Ключевые слова: керамзитобетон, суперпластификатор, эффективность, состав, корреляционно-регрессионный анализ.

Abstract

Evaluating the efficiency of superplasticizer usage for operating abilities improvement of expanded-clay concrete

Sokolov P.E., Nechai D.V., Miachina A. A. Institute of Engineering and Architecture, Volgograd State Technical University; Sentenberg S.A. Volgograd College of Technology

Expanded-clay concrete application domain for construction expands as the years pass. Therefore requirements not just to the materials but to the expanded-clay concrete manufacturing technologies increase. One of the ways to improve the operating abilities of expanded-clay concrete is the usage and large-scale implementation of various chemical additives - superplasticisers. The problem of choosing the best additive demands technical justification of its efficiency.

To achieve that goal, research concerning the effect that various superplasticiser additives have on the change of expanded-clay concrete aggregates and expanded-clay concrete performance is conducted. The data obtained through the research is analysed. Analysis results enabled the evaluation of the effect that the studied additives - superplasticisers - had on the expanded-clay concrete performance. Based on the correlation analysis, dependence of the studied characteristics and the strength of relationship between them is discovered. Through the example of one of the additives, the regression model of expanded-clay concrete strength dependence on the amount of the additive is built. The usage of design quality index enabled the evaluation of expanded-clay concrete containing superplasticisers efficiency

Keywords: expanded-clay concrete, superplasticizer, efficiency, composition, correlation-regressive analysis.

Введение

В настоящее время бетон и железобетон остается основным материалом для изготовления изделий и конструкций, возведения зданий и сооружений. Как строительный материал - бетон обладает сложной структурой и свойствами позволяющими эксплуатировать изделия и конструкции в разных условиях.

Проектирование состава бетона позволяет учесть различные факторы, влияющие на его структуру и получить материал с заданными, требуемыми свойствами [1].

Одной из наиболее распространенных и востребованных разновидностей цементных бетонов на искусственных пористых заполнителях является керамзитобетон [2], [3]. Как и любой легкий бетон - керамзитобетон наряду с требуемой прочностью должен обладать более низкой плотностью, которая должна обеспечить определенные теплофизические свойства [4]. Такие бетоны изготавливают с использованием искусственных пористых заполнителей. В силу ряда объективных причин наибольшее распространение среди искусственных пористых заполнителей получил керамзит. Мировая практика в строительстве показывает, что применение легкого бетона стремительно возрастает. В отдельную группу относят цементные бетоны на различных видах пористых заполнителей. В силу экологических и других аспектов искусственные пористые заполнители широко применяются в строительстве. Некоторые из них, например, керамзит на протяжении значительного промежутка времени находится на относительно высоком уровне производства и применения в строительстве [2], [3].

Легкий бетон на керамзите имеет столь разнообразные свойства, что, обладая определенной прочностью, может иметь различные показатели плотности и при этом обладать теплофизическими или конструкционными характеристиками [4]. Что дает хорошую возможность эффективно регулировать и получать необходимые свойства керамзитобетона для строительства.

Керамзит применяется во многих видах строительства, как в России, так и за рубежом [5], [6], [7]. Однако с развитием технологий и появлением новых видов материалов сферы применения керамзитобетона расширяются, повышаются требования к свойствам керамзитобетонной смеси и керамзитобетона, технологии его производства и эксплуатации готовых изделий и конструкций [8]. Поэтому проблема повышения эксплуатационных свойств керамзитобетона и эффективности изготовления керамзитобетонных изделий из него является актуальной задачей.

Одним из путей решения этой задачи является внедрение и применение различных видов современных и перспективных химических добавок. Их использование позволяет целенаправленно регулировать свойства керамзитобетонных смесей и изделий на их основе.

Среди химических добавок в зависимости от сферы воздействия на свойства бетона наибольшее распространение получили пластифицирующие и комплексные добавки. Эффективность применения химических добавок определяется множеством различных факторов, которые позволяют получить необходимый эффект от их введения в керамзитобетонную смесь.

В целях повышения эксплуатационных свойств керамзитобетона на кафедре «Строительные материалы и специальные технологии» ИАиС ВолгГТУ и лаборатории АО «Промстройконструкция» (Волгоград) разработаны составы конструкционного керамзитобетона класса В15. Выбор данного класса объясняется тем, что керамзитобетон этого класса наиболее распространен и востребован в производстве. Подбор состава бетона произведен на основании действующей нормативной документации [9], [11], [12].

Под повышением эффективности легких бетонов, по нашему мнению, следует понимать, прежде всего, повышение степени использования их положительных свойств.

К положительным свойствам легких бетонов по сравнению с тяжелыми относятся:

- меньшая средняя плотность;

- повышение прочности (относительной);

- лучшая теплоизоляционная способность;

- более высокая огнестойкость;

- более высокая сопротивляемость динамическим воздействиям;

- более высокая трещиностойкость.

Кроме того, для легких бетонов характерны более высокая упругость, что позволяет оптимизировать структуру бетона, и в свою очередь способствует повышению надежности и долговечности конструкций.

При выборе марки легких бетонов в целях использования их эффективности следует исходить не только из возможных показателей их прочности, но и из их деформативности, которая в значительной степени зависит от технологических факторов.

В нормативных документах, таких как [13] предусматривается строгое соответствие модуля упругости принимаемой марке бетона. Однако, по данным ряда исследователей, упруго-пластические свойства легких бетонов могут в значительных пределах изменяться при неизменной прочности. Это их свойство является эффективным средством повышения качества конструкции. Прочность же характеризует предельное состояние материала в момент его разрушения.

Методы и принципы исследования

В работе были использованы следующие материалы. В качестве вяжущего вещества применен портландцемент марки ПЦ 500-Д0-Н [14], производства АО «Себряковцемент». Нормальная густота цементного теста составляет - 27%. Мелкий заполнитель - песок кварцевый, с модулем крупности Мк = 1,7 и насыпной плотностью - 1466 кг/м³. Мелкий заполнитель - добывается на территории Волгоградской области. Крупный заполнитель - керамзитовый гравий фракции - 5-20 мм, марка по прочности П125 и маркой по насыпной плотности Д600.

В работе были использованы следующие химические добавки в бетонную смесь:

- суперпластификатор «MasterPolyHeed 3040» [15], с дозировкой в интервале от 0,3 до 2,0% от массы цемента;

- суперпластификатор «Полипласт СП-1» [16], с дозировкой 0,35-0,8%, от массы цемента;

- суперпластификатор «Muraplast FK49» [17], с дозировкой 0,2-2,0%, от массы цемента.

После подбора состава керамзитобетона согласно [9], [10], [11] производился пересчет материалов для лабораторного замеса емкостью - 11 литров. У приготовленной бетонной смеси определялась подвижность стандартным методом [18]. Расход воды в составах бетонной смеси корректировался так, чтобы подвижность бетонной смеси соответствовала группе П2 (5-8 см, осадки стандартного конуса). Аналогичным образом подбирались составы керамзитобетонов с добавками [19],[20], [21].

Далее изготавливались стандартные бетонные кубы с ребром размером 15 см в количестве 3 шт. для каждой серии. Твердение кубов осуществлялось двумя способами. Первая серия кубов подвергалась тепловой обработке по режиму, принятому на предприятии. После чего определялась прочность пропаренных образцов. Вторая серия кубов твердела в нормальных условиях в течение 28 суток согласно [22], с последующим определением ее прочности.

Прочность образцов определялась на гидравлическом прессе ВМ-3.5.1 (см. рисунок 1). Полученные результаты обрабатывались в соответствии с требованиями [23].

Рис. 1 - Пресс гидравлический ВМ-3.5.1 для испытания образцов на сжатие

Основные результаты

В результате расчета и лабораторной проверки состава керамзитобетона расходы материалов на контрольный замес составил (в пересчете на 1 м³ керамзитобетона): цемент - 318 кг; песок - 871 кг; керамзитовый гравий - 345 кг и воды - 235 л. Контрольный состав показал следующие значения по результатам испытаний: прочность после тепловлажностной (ТВО), МПа - 13,4; прочность в возрасте 28 суток, МПа - 19,2; плотность бетонной смеси, кг/м³ - 1759; плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³ - 1590.

В таблице 1-3 приведены расходы составляющих и их характеристики для исследованных добавок.

Таблица 1 - Характеристики составов керамзитобетонов в зависимостиот дозировки добавки «MasterPolyHeed 3040»

Таблица 2 - Характеристики составов керамзитобетонов в зависимостиот дозировки добавки «Полипласт СП-1»

Таблица 3 - Характеристики составов керамзитобетонов в зависимостиот дозировки добавки «Muraplast FK 49»