Способ регулирования усадки бетона

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования усадки бетона и раствора, используемых при устройстве несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, специальных и отделочных покрытий. В способе регулирования усадки бетона, включающем определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, устанавливают соотношение между усадкой бетона е_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона е_у0, с учетом этого соотношения. Технический результат - увеличение диапазона и повышение точности регулирования усадки бетона путем термовлажностной обработки заполнителя. 4 табл.

 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования усадки бетона, раствора, используемых при устройстве несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, специальных и отделочных покрытий, например гидроизоляционное, штукатурное, бетонное покрытие пола и т.п.

Известен способ регулирования усадки бетона [1] путем изменения расхода основных компонентов, например вяжущего, при приготовлении минеральных смесей. Однако изменение усадки бетона путем уменьшения расхода вяжущего приводит к снижению прочности бетона, увеличению его водопроницаемости и уменьшению долговечности. Это объясняется уменьшением степени заполнения цементным тестом межзернового пространства, неполной смазки им поверхности заполнителя. Регулирование усадки бетона путем уменьшения расхода воды при сохранении водоцементного отношения приводит к снижению удобоукладываемости смеси.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ регулирования усадки бетона [2], включающий определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки.

Известный способ имеет следующие недостатки. Использование основных показателей свойств вяжущего, заполнителя и жидкости затворения [3, 4] обеспечивает возможность получения бетона с определенной усадкой. Для ее регулирования корректируют состав бетонной смеси путем варьирования расхода или замены компонентов: вяжущее, жидкость затворения, заполнитель. Варьирование расхода компонентов не позволяет изменять усадку в сколько-нибудь широком диапазоне из-за того, что при этом существенно изменяются другие свойства смеси и бетона (удобоукладываемость, прочность, адгезия к основанию и т.п.). Регулирование усадки путем замены компонентов требует наличия компонентов с различными свойствами. Следствием этого является увеличение площадей складов для их хранения, возрастание затрат на приготовление смесей. При этом с течением времени под воздействием естественных и искусственных факторов [5, 6] свойства компонентов смесей изменяются. По этим причинам наличие разнообразных по своим свойствам компонентов не позволяет надежно и экономично регулировать усадку бетона.

Целью предлагаемого способа является увеличение диапазона и повышение точности регулирования усадки бетона путем термовлажностной обработки заполнителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования усадки бетона, включающем определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, устанавливают соотношение между усадкой бетона ε_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона ε_у0, с учетом этого соотношения.

При реализации этого способа имеет место следующее. В процессе добычи, транспортирования, хранения, переработки с течением времени заполнитель подвергают естественной (атмосферные осадки, инсоляция и т.п.) или искусственной [7, 8, 9, 10 и т.п.] (подогрев в бункерах, на открытых или закрытых складах, в специальных установках, перемешивание и т.п.) термовлажностной обработке. При такой обработке в зависимости от продолжительности, температуры и влажности качество заполнителя (геометрические параметры его зерен, их пористость, шероховатость, неровность поверхности, качество и количество центров активных по отношению к процессам гидратации и гидролиза вяжущего, формирования микроструктуры бетона, раствора [11, 12]) изменяется. В результате при одинаковых составе минеральной смеси и внешних условиях твердения, но при использовании заполнителя, обработанного при разных значениях τ, t и ϕ, процессы образования цементного камня и бетона в целом протекают по-разному. Это объясняет соответствующие различия в их микроструктуре. Такие различия проявляются в изменении физического состояния цементного камня и его распределении в межзерновом пространстве. Поэтому бетоны, полученные из смесей одинакового состава, но с заполнителем, обработанным при разных значения τ, t и ϕ, обладают разной способностью сопротивляться усадочным напряжениям. Следствием является и различие в усадочных деформациях. Поэтому каждому набору значений τ, t и ϕ, характеризующему условия термовлажностной обработки, соответствует определенная усадка бетона. Таким образом, изменение условий термовлажностной обработки заполнителя определяет возможность регулирования усадки. Для получения бетона с требуемой усадкой ε_у0 необходимо провести термовлажностную обработку заполнителя при соответствующих значениях τ₀, t₀ и ϕ₀.

При выполнении работ, например, по устройству бетонного покрытия пола способ реализуют следующим образом. До приготовления бетонной смеси на основании требований нормативной и проектной документации устанавливают требуемую усадку бетона ε_у0. По паспорту, техническим условиям и экспериментально определяют свойства заполнителя, вяжущего, воды. Отбирают образцы заполнителя и осуществляют их термовлажностную обработку. Условия такой обработки (температура, влажность, продолжительность) для разных образцов различны. Их варьируют в соответствии с возможностями предприятия-изготовителя. На основании известных рекомендаций, например [13], подбирают состав бетонной смеси. С использованием обработанных образцов заполнителя готовят бетонные смеси, из них изготавливают образцы бетона и измеряют его усадку. На основании полученных результатов устанавливают соотношения между усадкой ε_у и условиями термовлажностной обработки (τ, t и ϕ) заполнителя. Используя эти соотношения, определяют значения τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающие получение бетона с требуемой усадкой ε_y0. При этих условиях проводят термовлажностную обработку заполнителя, необходимого для приготовления всей партии бетонной смеси. Затем осуществляют дозирование и совместное перемешивание вяжущего и жидкости затворения, получая бетонную смесь. Такую смесь используют при устройстве покрытия пола из бетона с требуемой усадкой ε_у0.

Эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным по прототипу оценивали путем сравнения возможности регулирования усадки бетона по обоим способам. Для этого проведен эксперимент. При его выполнении использованы следующие материалы:

- речной кварцевый песок - мелкий, модуль крупности 1,94; насыпная плотность 1,51 г/см³; плотность частиц песка 2,59 г/см³; зерновой состав, % по массе: размер отверстия сита, мм, 1,25-3,25%; 0,63-13,43%; 0,315-60,33%; 0,16-20,34%; менее 0,16-2,65%;

- цемент - Старый Оскол, портландцемент; марка ПЦ 400 Д0; плотность частиц - 3,1 г/см³;

- вода - водопроводная.

Разные образцы песка подвергли термовлажностной обработке при различных фиксированных значениях τ, t и ϕ: продолжительность τ от 0,05 до 720 часов, температура t от 10 до 90°С, влажность ϕ от 2 до 23,7 мас.%. С использованием таких образцов песка готовили бетонные смеси следующего состава: отношение расходов цемента Ц и песка П составляет Ц/П=1:3; водоцементное отношение - В/Ц=0,71. Из них изготовили образцы - призмы размером 100×100×300 мм. Уплотнение бетонной смеси осуществляли вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 1,5 мм. Условия выдерживания образцов-призм - первые двое суток в воздушно-влажных условиях при температуре 20±2°С, а в последующем - при такой же температуре в воздушно-сухих условиях. По мере выдерживания измеряли усадку образцов бетона ε_у.

Полученные результаты представлены в таблицах 1, 2, 3. Они свидетельствуют о том, что усадка бетона зависит от условий термовлажностной обработки заполнителя. Причем для образцов бетона на заполнителе, обработанном при разных значениях τ, t и ϕ, характерны не только различия абсолютных значений усадочных деформаций ε_у, но и различия в интенсивности их изменения с течением времени. При продолжительности τ более 144 часов на 65 сутки (таблица 1) наблюдается уменьшение усадки бетона. Это объясняется следующим. Продолжительная термовлажностная обработка кварцевого песка приводит к образованию на поверхности его зерен полислоев гидратированного кремнезема существенной толщины. При перемешивании компонентов минеральной смеси за счет абразивного воздействия происходит его механическое отделение. При химическом воздействии продуктов гидратации и гидролиза вяжущего этот процесс усиливается. При этом в межзерновом пространстве и на поверхности зерен заполнителя в состав цементного камня оказываются включенными фрагменты аутогенных оболочек зерен заполнителя. В результате химического взаимодействия они прочно связаны с кристаллами цементного камня. В начальный момент твердения бетона, раствора эти фрагменты отдают воду, которая расходуется на гидратацию и гидролиз цемента, и уменьшаются в объеме. В последующем (в эксперименте после 45 суток) они поглощают воду и набухают. Процесс набухания приводит к уменьшению усадки бетона.

Из полученных результатов следует, что предлагаемый способ, с одной стороны, позволяет увеличить диапазон регулирования усадки бетона при его одинаковом составе путем использования заполнителя, обработанного при разных значениях τ, t и ϕ. С другой, он обеспечивает возможность получения требуемой усадки бетона ε_у0 путем использования для приготовления смеси заполнителя, обработанного в течение времени τ₀ при температуре t₀ и влажности ϕ₀. Это повышает точность регулирования усадки по сравнению с прототипом. При применении же прототипа может быть получена любая усадка ε_у из представленных в таблицах 1, 2, 3 или промежуточная. Причем невозможно указать, какая именно. Например, на 28 сутки твердения возможный диапазон ее изменения составляет от 0,041 до 0,84% (таблица 1).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить диапазон и повысить точность регулирования усадки бетона по сравнению с прототипом.

Для условий эксперимента по предлагаемому способу возможно варьирование усадки бетона и повышение точности ее регулирования в диапазоне от 0,011 до 0,113%. Если, например, необходимо, чтобы требуемая усадка ε_у0 бетона на 28 сутки составила 0,080%, то для приготовления бетонной смеси необходимо использовать песок, подвергнутый термовлажностной обработке при τ₀=2,5 часа, t₀=20°С и ϕ₀=12% (таблица 3). Для уменьшения требуемой усадки до ε_у0=0,064% условия термовлажностной обработки следует принять τ₀=2,5 часа, t₀=40°С и ϕ₀=23,7% (таблица 2), а для ε_у0=0,045% соответственно τ₀=144 часа, t₀=20°С и ϕ₀=23,7% (таблица 1).

Характеристика регулирования усадки бетона для прототипа и заявляемого способа представлена в таблице 4: «+» - возможность регулирования в определенном в эксперименте диапазоне имеется, «-» - возможность регулирования отсутствует. При этом следует иметь в виду, что указанные диапазоны изменения условий обработки заполнителя τ, t и ϕ могут быть расширены [14]: τ от 0 до 1008 часов, t от 5°С до 95°С, ϕ от водопотребности заполнителя до 29,6 мас.%.

Таблица 1
Зависимость усадки бетона εу от продолжительности τ (t=20°С и ϕ=23,7 мас.%)
Интервал времени от изготовления образца до момента испытания, сутки	Усадка бетона εy, в % от длины образца, при продолжительности τ, в часах
0,05	1	2,5	24	72	144	720
7	0,015	0,014	0,018	0,011	0,015	0,021	0,023
14	0,036	0,035	0,043	0,034	0,041	0,034	0,031
28	0,084	0,069	0,076	0,076	0,080	0,045	0,041
45	0,106	0,090	0,093	0,091	0,095	0,053	0,046
65	0,113	0,090	0,098	0,106	0,103	0,048	0,044
Таблица 2
Зависимость усадки εу от температуры t (τ=2,5 часа и ϕ=23,7 мас.%) на 28 сутки выдерживания образцов бетона
Температура обработки заполнителя t	10	20	40	80	90
Усадка бетона εу, в % от длины образца	0,074	0,076	0,064	0,053	0,048

Таблица 3
Зависимость усадки εу от влажности ϕ (τ=2,5 часа, t=20°С) на 28 сутки выдерживания образцов бетона
Влажность заполнителя ϕ, мас.%	2	6	12	23,7
Усадка бетона εу, в % от длины образца	0,084	0,081	0,080	0,076
Таблица 4
Способ	Возможность регулирования усадки при изменении условий обработки заполнителя
	продолжительность τ, час	температура t, °С	влажность ϕ, мас.%
от 0,05 до 720	от 10 до 90	от 2 до 23,7
Прототип	-	-	-
Заявляемый	+	+	+

Вывод: заявляемый способ позволяет увеличить диапазон и повысить точность регулирования усадки бетона по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона - М.: Высш. шк., 1991. - С.74...76.

2.Баженов Ю.М. Технология бетона - М.: Высш. шк., 1987. - С.5-8, 134.

3. ГОСТ 8736-95. Песок для строительных работ. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 14 с.

4. Новые способы производства отделочных работ. - М.: Стройиздат, 1990. - С.12...17.

5. Придатко Ю.М., Лебедев А.Б., Доброхотов В.Б., Шабров В.Л. О прогнозировании прочности бетона // Тезисы докл. Региональной науч. - техн. конф., посвященной 55-летию Яросл.гос.техн.ун-та. - Ярославль, 1999. - С.91.

6. Техническая мелиорация пород / Под ред. С.Д.Воронкевича. - М.: Изд-во МГУ, 1981. - С.26...33.

7. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. - М.: Высш.шк., 1991. - С.54...234.

8. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. - М.: Мир, 1980. - 488 с.

9. А.с. №1186598. Способ приготовления бетонных и растворных смесей / С 04 В 20/02.

10. А.с. №1296537. Способ активации мелкого минерального заполнителя бетона / С 04 В 14/00.

11. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. - М.: Мир, 1980. - С.199...334.

12. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика - М.: Изд. Технопроект, 1998 - С.9...12.

13. Баженов Ю.М. Технология бетона - М.: Высш.шк., 1987. - С.229...318.

14. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Высш. шк., 1987. - 327 с.

Способ регулирования усадки бетона, включающий определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, отличающийся тем, что устанавливают соотношение между усадкой бетона е_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона е_у0, с учетом этого соотношения.