Как показывает строительная практика, использование новых эффективных структурных модификаторов позволяет получать изделия и конструкции из железобетона повышенной долговечности [1-3].
В настоящей работе приводятся данные реологических исследований структурно модифицированных бетонов, предназначенных для изготовления свайных фундаментов.
В качестве объектов исследований были использованы традицион - ные компоненты (цемент, арматура, песок, заполнители), используемые при изготовлении свайных фундаментов для строительных объектов г.г.Астаны и Караганды. Структурными модификаторами служили низкомолекулярные кремнийорганические олигомеры (МБК-7) и полимеры- ПВХ (МБП-14), а также их комбинации (КМ-21 ), вводимые в состав пластификаторов на основе 30% водного раствора лигниносульфоната марки ЛСТП.
Известно, что химические и физические процессы, протекающие при гидратации цемента поддаются регулированию при введении в состав композиций структурообразователей. В работах [3,4] отмечается, что введение химических добавок обусловливает изменение скорости взаимодействия воды с цементным вяжущим за счет увеличения химического потенциала бетонных смесей в процессе формирования макроструктуры бетона. При этом в полной мере проявляются упруго-вязко-пластические свойства бетона, определяемые силами контактного взаимодействия частиц коллоидной системы цементного раствора. В связи с тем, что формование железобетонных изделий нами предполагается проводить Экструзионные методом, особый интерес представлял изучение реологических свойств на стадии структурообразования цементных систем. Процесс движения бетонной смеси рассматривали, как течение коллоида через круглый капилляр. При вращении шнека под воздействием винтов шнека и стенок цилиндра бетонная смесь совершает сложное движение по направлению нарезки шнека.
Для описания реологических свойств бетонного раствора использовали методы измерения вязко - пластических свойств при течении через круглый капилляр на модифицированных приборах ИИРТ-2А и ротационном вискозиметре Канавца «Полимер-1». Для оценки текучести в приборе ИИРТ-2А использовали капилляр длиной 40 и диаметром 2 мм.
На рисунке 1 представлена зависимость показателя текучести бетонной смеси через круглый капилляр (ПТБ) от композиционного состава,
а) содержание модификатора 1,5 мас.%: 1-без модификатора; 2- МБП-14; 3- КМ-21; 4- МБК-7; б) нагрузка: 1,2-21,6 кН; 3,4-5,0 кН; 1,3- без модификатора; 2,4- модификатор 1,5 мас% МБП-14.Цементный раствор с В/Ц-0,38; возраст-2 часа;
Рисунок 1-Зависимость показателя текучести бетонной смеси от состава композиций
Как видно из представленных данных значения ПТБ линейно возрастают во всем диапазоне измерений. Использование модификаторов, содержащих кремнийорганические олигомеры значительно повышаютПТБ. ПТБ материалов, содержащих МБП - 14, несколько ниже, что указывает на возникновение ориентационных эффектов макромолекул ПВХ при приложении внешних нагрузок и истечении бетонной смеси.
При приложении внешних нагрузок свыше 45 минут ПТБ модифицированной бетонной МБП- 14 возрастает, что обусловлено завершением ориентационных эффектов макромолекул ПВХ и удалением избытка воды под давлением штока. Отсюда следует, что при экструзии продолжительность переноса материала шнеком из зоны загрузки до зоны дозирования сокращается. Нелинейность изменения ПТБ в указанном интервале в исследуемом диапазоне продолжительности нагружения свидетельствует о недостаточной сплошности коллоидной смеси за счет содержания избытка воды. Поэтому, при разработке технологии экструзии бетона важно учитывать предельную частоту вращения и профиля витков шнека. Для подтверждения этого вывода определяли зависимость жесткости экструзионной бетонной смеси от
а) 4-без модификатора; 2-МБК-7; З-КМ-21; 4-МБП-14; б) 2,4-без
модификатора; 1,3- модификатор МБП-14; 1,2- Р=21,6 кН; 3,4-P=5,0 кН.
Рисунок 2-Зависимость жесткости бетонной смеси от ПТБ и состава композиции
Как видно, удобоукладываемость или жесткость бетонной смеси зависит как от композиционного состава, так и величины внешних нагрузок. Из данных капиллярной вискозиметрии следует, что пластичность экструзионных бетонов может быть оптимизирована по данным ПТБ и вязкостным характеристикам. С другой стороны, использование реологических показателей позволяет определять зависимость: состав композиции — реологические свойства - режим формования
Так, повышение внешней нагрузки (рис.2) приводит к повышению жесткости бетонной смеси, что связано снижением водоцементного отношения (В/Ц) и при фиксированном содержании цемента в композиции.
Результаты измерений реологических характеристик представлены
в таблице 1.
Таблица 1 - Значения реологических характеристик бетонной смеси № Модификатор Содержание Показатели свойств ПТБ,2/10мин.
|
п/п |
___ модификатора |
__ КМ |
___МБП-14 МБК-7 |
||
|
1 |
Без модифик. 1,0 |
18 |
___ 15 |
__ 45 __ |
|
|
2 |
МБК-7 |
___ 1,0 |
13 |
___ 14 |
__ 40 __ |
|
3 |
МБК-7 |
___2,0 |
__ 11 12 35 |
||
|
4 |
МБК-7 |
___ 3,0 |
__ 10 |
11 |
__ 20 __ |
|
5 |
МБП-14 ___ |
___ 1,0 |
__ 15 |
___13 |
__ 44 __ |
|
6 |
МБП-14 ___ |
___2,0 |
__ 14 |
___12 |
__ 38 __ |
|
7 |
" МБП-14 ___ |
___З,0 |
__ 12 |
___12 |
__ 30 __ |
|
8 |
КМ-21 |
___ 1,0 |
__ 13 |
___12 |
__ 42 __ |
|
9 |
КМ-21 |
___2,0 |
__ 12 |
___11 36 __ |
|
|
10 |
1 КМ-21 |
3, 0 |
1 11 |
10 |
27 |
Методом капиллярной и ротационной вискозиметрии установлено, что структурная вязкость на стадии формирования коагуляционной структуры в большей степени зависит от В/Ц. Так, при экструзии бетонной смеси (возраст - 10 часов) с В/Ц от 0,3 до 0,4 наблюдается повышение вязкости цементной системы во всем диапазоне сдвиговых напряжений. Содержание в качестве кремнийорганического модификатора наиболее оптимально для снижения вязкости. Бетонная смесь, содержащая ПВХ, отличается повышенными вязкостными свойствами. Это, по-видимому, связано с тем, что на стадии перехода от начала твердения к коагуляционной структуре макромолекулы ПВХ занимают межфазное пространство между заполнителем и продуктами гидратации компонентов цемента. При этом макромолекулы ПВХ, обволакивая фрагменты новообразований при гидратации, проявляют вязко-пластичные свойства присущие органическим полимерам.
Эффект повышения вязкости при наличии содержания модификатор может быть следствием проявления вязко-упругих свойств макромолекул продуктов гидратации, что согласуется с выводами авторов работы [5]. Структурная вязкость согласно [2] определяется из выражения:
r| = r|ma/V,
где r|m - вязкость предельно разрушенной структуры; a - коэффициент тиксотропии и V — частота колебаний.
Таким образом, структурная модификация бетонов в процессе гидратации цемента позволяет повышать скорость формования экструзии и прочностные показатели тяжелых бетонов, предназначенных для изготовления свайных фундаментов. По данным исследований, разработан технологический регламент изготовления железобетонных свай.
Литература
- Цытович Н.Д, Березанцев В.Г, Далматов Б.И. Основание и фунда-менты.- М.: «Высшая школа», 1970.-384 с.
- Косторных Л.И Добавки в бетоны и строительные изделия.- Ростов на Дону: Феникс, 2005.-221 с.
- Соловьев В.И.‚Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные бе тоны. Алматы: КазГосИНТИ.
- Федосов СВ., Базанов СМ. Сульфатная коррозия бетона. -М.: АСВ.2003.-192 с.
- Баженов Ю.М., Горчаков Г.И., Боженова В.Н., и др. Изучение процессов практики бетонов полимеризующимся мономером.//Новые строительные материалы. -М.: МИСИ, 1977.№139. -СЗЗ-49.