Методы подбора состава модифицированных бетонов

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - МАГИСТРАТУРА серия основана в 1 996 г.



Б.А. УСОВ





                МЕТОДЫ ПОДБОРА СОСТАВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ БЕТОНОВ





        УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



               Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство» (квалификация (степень) «магистр»)




znanium.com
электронно-библиотечная система

Москва
ИНФРА-М
2024

УДК 666.9(075.8)
ББК 38.626.1я73
      У76

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

      Рецензенты:
         Волгушев А.Н. — канд. техн. наук, старший научный сотрудник НИИЖБ;
         Королева Г.П. — канд. техн. наук, заведующая Центральной лабораторией ОАО «Мостотрест»;
         Аликина И.Б. — канд. хим. наук, профессор МГОУ

      Усов Б.А.
У76 Методы подбора состава модифицированных бетонов : учебное пособие / Б.А. Усов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 162 с. — (Высшее образование: Магистратура).

      ISBN 978-5-16-010674-8 (print)
      ISBN 978-5-16-105926-5 (online)

         В учебном пособии систематизированы современные методы подбора состава модифицированных бетонов с химическими добавками, производимыми в России, и рассмотрены цели и разновидности процессов, вызываемых химическими добавками в обычных тяжелых и легких бетонах.
         Методы подбора составов направлены на повышение марок бетона по прочности, морозостойкости, на экономию цементов за счет наполнителей и энергии с помощью сокращения режимов тепловой обработки бетона.
         Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство».

УДК 666.9(075.8)
ББК 38.626.1я73


ISBN 978-5-16-010674-8 (print)
ISBN 978-5-16-105926-5 (online)


© Усов Б.А., 2010, 2015

Подписано в печать 22.01.2024.
Формат 60^90/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 10,13. ППТ12. Заказ № 00000

ТК 335500-2135821-250315
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр.1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru          http://www.infra-m.ru


Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

    ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие............................................... 5
Введение........................................... 7
1. Основные положения технологии бетонов с добавками... 9
  1.1. Классификация добавок по эффекту действия в бетоне. 9
  1.2. Критерии технической эффективности и надёжности... 11
  1.3. Приготовление водных растворов добавок..... 16
2. Выбор материалов, добавок к бетону, его режимов твердения и технологических операций модифицирования..........29
  2.1. Выбор материалов и расчетно-экспериментальный
      способ назначения состава бетона без добавок........ 29
  2.2. Добавки в тяжелые и мелкозернистые бетоны и их
      выбор....................................... 38
  2.3. Назначение режима тепловой обработки тяжелого и мелкозернистого бетонов......................... 57
  2.4. Технологические операции модифицирования соста      вов бетона с добавками..............................61
3. Примеры подбора состава бетона с добавками..... 64
  3.1. Подбор состава бетона с ускорителями твердения..... 64
  3.2. Подбор состава бетона с пластифицирующими добавками.......................................... 80
  3.3. Примеры подбора состава тяжелого бетона с суперпластификаторами ................................ 87
  3.4. Подбор состава самоуплотняющегося тяжелого бе     тона с добавкой «Полипласт СП СУБ»................... 99
  3.5. Бетоны, твердеющие на морозе.............. 102
4. Подбор модифицированного состава морозостойкого бетона.............................................. ПО

4.1. Проектирование и подбор состава бетона....... ПО
  4.2. Примеры подборов составов бетона с комплексной добавкой типа СНВ+ЛСТ...........................116
5. Подбор состава тяжелого бетона с минеральными добавками. ..122
  5.1. Расчет и подбор номинального состава бетона.125
6. Оценка коррозионных потерь стали в бетоне с ингибиторами методом определений потери массы металла и глубины коррозионных поражений стали в бетоне с ингибиторами .........................................133

3

7. Особенности корретировки легких бетонов с добавками... 137 Приложение 1. Термины, пояснения и характеристика добавок ...........................................143
Приложение 2. Зависимость плоности растворов от их концентрации.....................................156
Приложение 3. Модифицированные лигносульфонаты....157
Приложение 4. Методика определения образования высо-лов на поверхности бетона........................159
Приложение 5. Приготовление и контроль качества водной эмульсии ГКЖ-94, ГКЖ-94М.........................159
Приложение 6. Приготовление водного раствора ЛСТ+ СНВ+ альгинат натрия.............................160
Приложение 7. Кубические корни...................161
Список рекомендуемой литературы..................162

4

Посвящается моему отцу -

первому преподавателю кафедры

                          «Строительные материалы и изделия» МГОУ, канд. технических наук

Усову Александру Афанасьевичу


    ПРЕДИСЛОВИЕ


    Современные строительные технологии и производство железобетона невозможны без бетонов нового поколения, наполненных химическими модификаторами и мелкодисперсными редиспергаторами разностороннего эффекта действия, формы и размеров.
    В XXI веке в связи с истощением природных запасов заполнителей, глины низкотемпературного обжига и других компонентов важно использование больших запасов техногенных отходов от промышленных предприятий металлургии и топлива теплоэлектростанций.
    Сегодня уже имеются способы сохранения свойств бетонной смеси во времени (с пределами консервирования до 4-6 часов) и нормальной дальнейшей интенсивностью твердения.
    Особенно велика потребность в таких бетонах при бетонировании высокоэтажных зданий и сооружений специального назначения - мостовых и подземных конструкций, морских береговых причалов и сооружений, удалённых от бетоносмесительных цехов.
    В таких конструкциях крайне важными становятся свойства однородности бетонов с минимальной анизатропией показателей прочности, морозостойкости, а также повышение выносливости от периодически повторяющихся знакопеременных нагрузок.
    В связи с этим подготовка будущих инженеров по производству бетона и изделий из него направлена на умение управлять новыми физико - химическими процессами строительного материаловедения при изготовлении сборного и монолитного железобетона.

5

    Настоящее учебное пособие включает практически все виды и перечень известных научным организациям РФ химических добавок и наполнителей к бетону, не исключая и применение фирменных продуктов, если они не противоречат нормам проектирования и получения конструкций в части достижения проектных технических показателей,
    В пособии важным представляется изложение основ новых высокопрочных самоуплотняющихся бетонов. Тем интереснее, что их получение стало возможным с отечественным суперпластификатором «Полипласт СП СУБ». Литая бетонная смесь самоуплотняющегося бетона с этой добавкой в органоминеральном варианте - в количестве 1,1-1,5% от массы цемента и эффектом саморастекания по осадке конуса - более 25 см, а по расплыву конуса - более 60 см полностью заполняет опалубку без вибрации с достижением высокой прочности бетона без увеличения расхода цемента.
    Методики подбора составов модифицированных тяжелых и легких бетонов, сосредоточенные в одном пособии с примерами расчёта компонентов и пооперационными манипуляцими являются весьма полезными для прибретения практических навыков у новых специалистов инженеров и представляют определённый интерес для строителей ведущих монтаж или бетонирование железобетонных конструкций.
    С этих позиций учебное пособие «Методы подбора состава модифицированных бетонов» проф. Усова Б.А. считаю полезным и более того дополнящим учебный процесс по специальным дисциплинам « Химия цемента», «Химизация бетона» и «Долговечность бетона», а также - необходимым для завершающего этапа обучения - дипломного проектирования, где обязательно должны уточняться технико-экономические характеристики принимаемых материаловедческих и технологических решений.

    Зам. генерального директора
    строительной компании «МФС - ПИК»

                                     Савина Н.Б.

6

    ВВЕДЕНИЕ

    Появление высокомарочных бетонов с супер- или гипер-пластифицирующими добавками, регулирующими сроки «жизнеспособности» бетонных смесей до укладки и обеспечивающими скоротечность твердения портландцементов с неоднородным гранулометрическим составом кликерных зерен с возможной тенденцией неоднородного охрупчивания структуры и возникновения анизотропии показателей долговечности бетона в сооружении, требует сегодня новых подходов к подбору бетонных смесей с модификаторами различного эффекта действия на процессы твердения бетонов и на его области применения, главное подготовки новых инженеров по производству бетона и железобетонных изделий и конструкций.
    Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся на инженера по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», и направлено на преподавание:
    -    специальных методов повышения качества компонентов строительных материалов для улучшения потребительских свойств свойств бетона (или понижения стоимости) готовой продукции;
    -    приёмам совершенствования работы, включая: повышение производительности, снижение энергозатрат, металлоёмкости существующих или вновь проектируемых промышленных технологических линий по выпуску элементов строительных конструкций, мелкоштучных изделий, изделий малых архитектурных форм, благодаря реализации технологических «эффектов различного назначения» от введения химических добавок в строительную смесь различного назначения.
    Инженер - технолог при специальном образовании по общему материаловедению, широком инженерном обучении по строительному направлению призван возглавлять технический прогресс создания новых бетонов и улучшения старых, сочетая методы их синтезирования и учитывая различные функциональны свойства строительных конструкций различного назначения. Одновременно возросла потребность совершенствова

7

ния задач контроля их качества при возведении сборных или монолитных сооружений с проведением дальнейшей экспертной оценки долговечности в период эксплуатации.
    В практической деятельности от него требуется умение работать:
    -    с материалами в лабораториях научно-исследовательских институтов, предприятий, строительных компаний, в построечных и полевых условиях;
    -    руководить на отраслевых специализированных заводах, а также на домостроительных комбинатах и предприятиях строительных компаний процессами технологии, организацией, экономикой производства строительных материалов, изделий и контролем их качества;
    -     возглавлять вопросы материаловедения при проектировании и возведении новых ответственных сооружений и строительных конструкций из бетона;
    -     наблюдать за поведением материалов во времени в экс-плутационных условиях.
    Необходимость расширения знаний студентов по управлению регулированием свойств неорганических вяжущих, бетонных, растворных, отделочных и других строительных смесей с химическими добавками различного назначения предопределила написание и содержание специального практически направленного учебного пособия на подбор новых видов бетона.
    Пособие дополняет главные разделы дисциплин «Химизация бетона», «Долговечность бетона», и «Технологии бетона строительных изделий и конструкций», практическими методами и по существу серьёзными лабораторными работами по технологии и предназначено для студентов 5-6 курса специальности 270106.
    Учебное пособие определяет базовую подготовку студентов строителей-технологов по основам технологий модифицирования бетонов и исключения анизотропии технических показателей прочности бетона в готовых изделиях и сооружениях.

8

    1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНОВ С ДОБАВКАМИ

   Сегодня применение конструкционных и легких бетонов на цементных вяжущих для бетонных и железобетонных изделий и конструкций уже невозможно без добавок различного назначения, именуемых модификаторами бетона.

    1.1. Классификация добавок по эффекту действия в бетоне

   В зависимости от основного (преобладающего) эффекта действия в бетонах добавки классифируются на:
   1.1.1    модифицирующие (флотациирующие составляющие бетона при перемешивании) и тем корректирующие реологический показатель пластичности бетонных смесей,
   а) пластифицируя их в различном диапазоне, как:
   - суперпластификаторы - (пластификаторы I группы),
   - сильнопластифицирующие - (пластификаторы II группы),
   - среднепластифицирующие - (пластификаторы III группы),
   -     слабопластифицирующие - (пластификаторы IV группы) компоненты;
   б)    стабилизирующие - угол естественного откоса свежеприготовленной бетонной смеси, по-вышая её однородность и уменьшая седиментацию (оседание, расслоение) цементноводной составляющей;
   в)    водоудерживающие, благодаря гидрофилизации мелкодисперсных составляющих смеси поверхностно- активными веществами или редиспергации полимергелевыми добавками или - неорганическими волокнами различного строения;
   г)    улучшающие перекачиваемость за счёт упрочнения и утолщения физически твёрдых слоёв воды на цементных и мелкодисперсных наполняющих цемент зёрнах;
   д)    регулирующие сохраняемость бетонных смесей, благодаря гидрофобизации или электро-кинетических явлений от эффекта перезарядки и отталкивания частиц, когда реологическое «восстановление» структуры становиться растянутым во времени;

9

    е)    замедляющие схватывание - экранообразующие на цементном зерне пленки непроницаемых гидратных новооразова-ний, затрудняющих процесс гидратации вяжущего в ранние сроки;
    ж)    ускоряющие схватывание (неорганические соли или щёлочи) главным образом, благодаря каталитических химических реакций и электрокинетических явлений;
    з) поризующие (для легких бетонов):
    воздухововлечением с приклеплением воздушных пузырьков на мелкой фракции песка, микронаполнителя;
    и) пенообразующие - для ячеистых бетонов;
    к) газообразующие - для ячеистых бетонов.

    1.1.2.  изменяющие кинетику твердения бетона:

    ускорители или замедлители твердения.
    1.1.3.   повышающие прочность (или - морозостойкость, непроницаемость) бетона, а также коррозионную стойкость железобетона бетона и стальной арматуры), благодаря:
    а)    снижения водопотребности пластификаторами и повышения тем плотности бетона в последовательности: I—» II—» III—> IV групп;
    б)    кольматации (уплотнения и заполнения) образующихся капилляров и пор;
    г)    газообразования с получением наполненной «упругим газом» ячеистой структуры цементного камня повышенной плотности в межпоровых перегородках (и даже водонепроницаемой) с пониженным коэффициентом теплопроводности;
    д)    вовлечения воздуха в бетонную смесь, повышая морозостойкость за счёт резервных пор, становящихся демпферами (снижателями) усадочных деформаций при отрицательных температурах;
    1.1.4.   повышающие защитные свойства у бетона по отношению к стальной арматуре - как ингибиторов (замедлителей) коррозии стали.
    1.1.5.  Придающие бетону специальные свойства:
    а)    противоморозного эффекта (обеспечения твердения при отрицательных температурах);
    б)    гидрофобизирующего эффекта от добавок I, II и III групп.

10