Совершенствование и интенсификация технологии производства сборного железобетона связаны с применением химических добавок полифункционального действия, являющихся дешевыми побочными продуктами промышленности. К ним относится пластификатор ПФС (пластификатор формиатно-спиртовой) по ТУ 84-1067-85 Минхимпрома СССР, включающий формиат натрия, сиропообразующие вещества и полиспирты (монопентаэритрит и полипентаэритрит). Добавка в виде водного раствора 40…45%-ной концентрации, объем производства её составляет около 30 тыс. в год.
В УкрНИИГиМе исследованы свойства бетона с добавкой ПФС по методике испытаний добавок в бетоне, её технический эффект установлен по ГОСТ 24211-80.
Наибольший пластифицирующий эффект достигается при использовании СПЦ с последующим его снижением при увеличении содержания С3А и C4AF в клинксре (табл. 1) и снижении расхода цемента.
| Цемент | Содержание, % | Минеральная добавка | |||
|---|---|---|---|---|---|
| C3S | C2S | C3A | C4AF | ||
| СПЦ | 47,8 | 36,7 | 2,4 | 11,7 | - |
| ПЦ-1 | 52,7 | 22,3 | 5,8 | 13,7 | 20% гранулированного шлака |
| ПЦ-2 | 56,4 | 18,2 | 8,0 | 12,9 | |
В зависимости от дозировки ПФС и минералогического состава цемента при одинаковом В/Ц подвижность бетонной смеси увеличилась с 2…3 до 20 см и более при использовании СПЦ и до 16…18 см и более при применении ПЦ-1 и ПЦ-2.
А - Ц = 300; В - Ц = 400; С - Ц = 500 кг/м3; 1…4 см по рис. 1
При исследовании прочности бетона (рис. 2) в суточном возрасте после ТВО по режиму З+З+9+З ч (t = 70°С)‚ содержащего 0,4…0,8% ПФС массы цемента, установлено:
- при одинаковом В/Ц (заштрихованная зона) прочность пластифицированного добавкой бетона равна или несколько выше, чем в контрольных составах. При повышенных расходах добавки на ПЦ-1 и ПЦ-2 несколько снижается прочность бетона, что, очевидно, связано с расслоением бетонной смеси литой консистенции;
- прочность затвердевшего бетона из равноподвижных бетонных смесей (незаштрихованная зона), содержащих добавку, на 30…50% выше прочности бетона контрольного состава.
Особенность добавки ПФС заключается в отсутствии замедления процессов гидратации и структурообразования цементных систем, как при нормальном твердении, так и подверженных ТВО. На рис. 3 приведена пластограмма цементного теста нормальной густоты (ПЦ-2) с добавкой ПФС и без неё. При введении в Цементное тесто 0,6…1,5% ПФС массы цемента наблюдается ускорение процесса структурообразования системы и достижение критической пластической прочности в 1,7 раза быстрее по сравнению с контрольным составом.
Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что при прочих равных условиях прочность бетона с добавкой после ТВО с продолжительностью предварительного выдерживания 1 ч на 2…З% выше прочности бетона того же состава без добавки с предварительным выдерживанием 3 ч (табл. 2).
| Цемент | Количество добавки, % массы цемента | О.К., см | Rсж, МПа, при продолжительности предварительного выдерживания бетонной смеси, ч | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | |||
| ПЦ-1 | - | 2 | 14,8 | 16,3 | 20,4 |
| ПЦ-1 | 0,6 | 19 | 21,0 | 22,5 | 24,6 |
| ПЦ-2 | - | 3 | 15,3 | 17,4 | 21,0 |
| ПЦ-2 | 0,6 | 17 | 21,4 | 23,3 | 25,9 |
Примечание. Ц = 400 кг/м3, В/Ц = 0,45.
Поровую структуру бетона с добавкой ПФС устанавливали по ГОСТ 127304-78. Из табл. З следует, что при введении в бетон 0,8% ПФС массы цемента средний размер пор уменьшается в 1,45 раза по сравнению с контрольным составом, а коэффициент однородности распределения пор а возрастает на 12%. Это свидетельствует об увеличении количества более мелких пор и повышении равномерности их распределения в бетоне.
| Цемент | Количество добавки, % массы цемента | В/Ц | Показатели поритости | ||
|---|---|---|---|---|---|
| W, % | α | λ | |||
| ПЦ-1 | - | 0,45 | 5,3 | 0,51 | 0,85 |
| 0,2 | 0,45 | 4,5 | 0,52 | 0,85 | |
| 0,4 | 0,45 | 4,3 | 0,55 | 0,81 | |
| 0,6 | 0,45 | 4,2 | 0,56 | 0,74 | |
| 0,8 | 0,40 | 4,0 | 0,50 | 0,43 | |
| ПЦ-2 | - | 0,45 | 5,7 | 0,45 | 2,37 |
| 0,2 | 0,45 | 5,6 | 0,57 | 1,75 | |
| 0,4 | 0,45 | 5,7 | 0,55 | 1,83 | |
| 0,8 | 0,45 | 5,8 | 0,53 | 1,63 | |
Показатель среднего размера пор бетона на ПЦ-1, содержащего 0,8% добавки ПФС, меньше на 32% по сравнению с контрольным составом, приготовленным на равноподвижной бетонной смеси. Водонепроницаемость такого бетона на 2..3 ступени выше, чем бетона без добавки.
Влияние добавки ПФС на коррозионную стойкость раствора в морской воде (20 г/л) изучали на цементно-песчаном растворе состава Ц:П=1:З,5 На ПЦ-1. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что после 12 мес выдерживания образцов в морской воле коэффициент коррозионной стойкости цементно-песчаного раствора без добавки составил 0,84, а с 0,6% добавки — 0,94. Высокая коррозионная стойкость раствора с добавкой объясняется повышенной плотностью и уменьшением размера пор цементного камня.
Для исследования влияния добавки ПФС на морозостойкость использовали бетон состава Ц:П:Щ=1:1,8:3,51 при В/Ц=0,45 и Ц=356 кг/м3 с добавкой 0,6% ПФС. После 200 циклов замораживания и оттаивания коэффициент морозостойкости бетона при оттаивании в морской воле составил 0,97, а в пресной — 1.
Добавка ПФС использована на Каховском, Арцизском, Щирецком и других заводах ЖБИ треста Укрводжелезобетон Минводхоза УССР при изготовлении лотков оросительных систем, плит облицовки каналов, безнапорных железобетонных труб и др. При этом установлено, что при введении 0,6…0,8% ПФС массы цемента можно снизить расход цемента на 10.20% в зависимости от состава бетона (табл. 4).
| ПЦ-1, кг | Количество добвки, % массы цемента | О.К., см | Rсж, МПа, после ТВО | |
|---|---|---|---|---|
| 4 ч | 28 сут | |||
| 315 | - | 5 | 17,1 | 20,6 |
| 296 | 0,6 | 6 | 17,6 | 21,6 |
| 296 | 0,8 | 5 | 18,0 | 22,4 |
| 360 | - | 6 | 21,6 | 26,3 |
| 306 | 0,6 | 5 | 23,3 | 25,0 |
| 306 | 0,8 | 5 | 22,3 | 26,4 |
| 410 | - | 6 | 24,3 | 30,3 |
| 332 | 0,6 | 5 | 26,7 | 33,8 |
| 332 | 0,8 | 6 | 24,6 | 29,7 |
Использование добавки ПФС с целью получения комбинированного эффекта, т. е. частичного снижения расхода цемента (12%) и сокращения времени изотермического выдерживания бетона, позволяет снизить себестоимость производства плит облицовки каналов. Объем внедрения за 1985 г. только на заводах ЖБИ треста Укрводжелезобетон составил около 300 тыс. м3 бетона, а за 1986 г. — 370 тыс. м3.
Выводы
- Добавка ПФС относится к классу пластификаторов повышенной эффективности с явно выраженным эффектом ускорения процессов структурообразования и твердения бетона.
- В равноподвижной с контрольным составом бетонной смеси она позволяет повысить прочность бетона на 30…50% по сравнению с бетоном без добавки или экономить до 10…20% цемента. Введение 0,6…0,8% ПФС массы цемента сокращает на 3 ч продолжительность изотермического прогрева бетона без снижения его прочности.
- Введение ПФС в бетон способствует формированию мелкопористой структуры цементного камня, повышению плотности, морозо- и коррозионной стойкости бетона.