Chel-remont174.ru

Ремонт 174
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочность бетона — что влияет на прочностные характеристики

Прочность бетона — что влияет на прочностные характеристики

Прочность бетона – ключевой показатель его качества, определяющий назначение и параметры использования ЖБИ. Процесс проектировки конструкций осуществляется таким образом, чтобы изделия могли выдерживать соответствующие нагрузки на сжатие. Этот показатель определяется классом и маркой бетона, которые могут быть определены через 28 суток после заливки.

Динамика роста прочности за указанный период позволяет оценить его характеристики, в то время, как окончательное затвердение смеси происходит в течение нескольких лет. Качественный бетон спустя 28 суток должен обеспечить прочностный показатель при сжатии с усилием 200кгс/см2. Наряду с технологией, влияющей на прочность бетона, присутствует ряд объективных факторов, определяющих качество железобетонных изделий.

Факторы, влияющие на прочность

К основным технологическим факторам, определяющим прочность бетона, относят:

соотношение цемента и воды;

тип и качество наполнителей;

применение повторного вибрирования.

Цементы повышенной активности, которая определяется зависимостью Rb= f(RЦ), традиционно обладают большей прочностью и применяются в строительстве многоэтажных, промышленных зданий, в дорожном и инженерном строительстве. Такие марки обладают большим сроком эксплуатации, надежны и не подвержены механическим и биологическим повреждениям. Марочная прочность определяется видом используемых легких или тяжелых бетонов. Использование сульфастойких цементов позволяет получить высокую прочность бетона при воздействии внешних факторов, в качестве которых выступают различные агрессивные среды. Практическая сфера применения легирующих добавок актуальна при формировании на основе смеси для конструкций, задействованных при строительстве домов, несущих конструкций гражданского или промышленного назначения, мостов.

Тяжелый бетон характеризуется повышенным показателем объемного веса, который изменяет свое значение в пределах 2200 – 2800 кг/м3 в зависимости от вида заполнителя. В качестве последнего могут применяться карбонатные, кварцевые, гранитные породы. При формировании опор в виде фундаментов находит применение бетон марки 100, для монолитных конструкций в виде колонн, перекрытий и балок — марки 150, обычнее сборные конструкции формируются на основе марок 200-250. Монолитные конструктивы с предварительным напряжением могут армироваться марками от 300 до 600, в то время как наиболее высокие марки редко находят практическое применение.

Количественный показатель содержания цемента в бетонной смеси также определяет ее прочностные характеристики — он растет до определенного уровня с повышением концентрации цемента. Следует помнить, что излишек цемента в составе смеси снижает ее устойчивость к усадке и увеличивает ползучесть. Максимально допустимым количеством считается до 600 кг цемента в 1 кубометре товарного бетона.

Соотношение воды и цемента в составе смеси также влияет на ее прочностные характеристики – чем оно выше, тем ниже прочность. При правильной технологии для затвердения и обеспечения прочности требуется воды в объеме 20% от массы цемента. Однако в случае с ЖБИ расход воды увеличен, поскольку смесь не должна быть слишком пересушенной для формирования равномерной и плотной смеси.

Бетон тем прочнее, чем более крупные наполнители использованы в процессе его приготовления. Не рекомендуется превышать рекомендованное количество песка, исходное сырье необходимо максимально очистить от глины и мелкозернистых фракций. Крупнозернистый заполняющий состав способствует лучшему проникновению цементного теста в образовавшиеся пустоты и обеспечению лучших параметров сцепления всех составляющих будущего изделия. Форма заполнителя играет определяющую роль. Сцепление обеспечивается намного лучше с заполнителями неправильной геометрии, в то время как округленность либо загрязнение заполнителя оказывает обратный эффект.

Тщательность вымешивания смеси также отражается на прочностных показателях. Для ЖБИ важен также порядок укладки бетонных смесей, который подразумевает промывку и обработку стыков, от чего зависит прочность, предотвращающая сколы и появление трещин.

Читайте так же:
Маркировка даты изготовления цемента

Показатели прочности бетона оцениваются в возрасте 28 суток и зависят от температуры, при которой происходило отверждение смеси в соотношении с пределом достигаемой прочности при застывании при температуре +20 о С:

Повторное вибрирование, выполненное до завершения процесса полного схватывания, позволяет увеличить показатели прочности до 20%, это единственный технологический процесс, способный качественно повлиять на эксплуатационные характеристики. Технология производства может предусматривать разнообразные методики виброштампования, вибрирования под нагрузкой или вибропроката, которые направлены на усовершенствование прочностных показателей бетона.

В результате повторного вибрирования повышается плотность и увеличивается скорость процесса гидратации входящего в состав смеси цемента.

Публикации

Известно, что микрокремнезем (МК) в сочетании с водоредуцирующей добавкой. повышает; прочность, водонепроницаемость, сульфатостойкость и другие свойства бетонов [1]. Особенности структуры цементного камня с МК заключаются в характере распределения пор [2]. Они свойственны цементному камню и бетонам с добавкой МК, содержащей диоксид кремния не менее 85%. Так как MК является отходом производства, его физико-химические свойства, в частности дисперсность и содержание диоксида кремния, во многом зависят от качества сплавов [3].
В НИИЖБе, исследовали особенности структуры цементного камня, прочность и проницаемость бетонов в зависимости от вида и количества МК, а также водоредуцирующей добавки. При этом рассмотрели три вида МК, отличающихся содержанием диоксида кремния и дисперсностью. Образцы МК являлись отходами производства кристаллического кремния Братского алюминиевого завода, низкомарочного ферросилиция Ермаковского и ферросиликохрома Актюбинского ферросплавных заводов (марки Бкр, Ефс, Афсх). Основные физико-химические свойства МК приведены в табл.1.

Таблица 1

ПРИМЕЧАНИЯ: S –удельная поверхность, r — истинная плотность, W – водопотребность.

Для экспериментов применяли портландцемент марки 400 Подольского завода без минеральных добавок, соответствующий ГОСТ 10178, кварцевый песок фракции 0. 5 мм с Мкр=2,1, а также гранитный щебень фракций 5. 20 мм. В качестве водоредуцирующей добавки служил суперпластификатор С-З.
Исследования цементного камня проводили на образцах, составы которых приведены в табл. 2. Особенность составов заключалась в одинаковом, содержании воды [В/(Ц+МК) = 0,28] и равной дозировке трех разных видов МК. Дозировку С-3 подбирали для обеспечения одинаковой пластичности суспензий, соответствующей нормальной густоте цементного теста. В одном случае дозировку С-3 увеличили для определения влияния ее количества на свойства цементного камня.

Таблица 2

Состав цементного камня, кг

ПРИМЕЧЕНИЯ: 1). Перед чертой – Ц, после черты – МК. 2). В=0,575 л.

Пористость и прочность цементного камня определяли на образцах размерами 1?1?3 и 3?3?3 см. Структуру цементного камня исследовали в возрасте 28 сут, прочность — после 3, 7, 14 и 28 сут.
Пористость определяли взаимно дополняющими методами протонного магнитного резонанса с диапазоном измерений пор диаметром 1?10-3…1?10-1 мкм [4]; малоугловой рентгеновской дифракцией с диапазоном измерений 2?10-3…3?10-1 мкм; ртутной порометрией с диапазоном измерений 1?10-1…4?10 мкм; оптической микроскопией шлифов с диапазоном измерений 4?10…1?103 мкм.
Метод определения пористости цементного камня с помощью npoтонного магнитного резонанса, разработанный в Санкт-Петербургском физико-техническом институте, основан на размерном эффекте температуры плавления льда, содержащегося в порах материала — температура плавления понижается при уменьшении их размера.
С помощью рентгенофазового анализа определяли степень гидратации цемента и содержание низкоосновных гидросиликатов кальция — CSН (I) . Идентификацию фаз проводили по международной таблице JCPDS. Степень гидратации определяли по интенсивности основного рефлекса C3S. Количество CSH (I) устанавливали в результате сравнения интенсивности основного рефлекса b-CS, полученного на обожженных при 1000оС образцах цементного камня, с эталоном (кварцем).
Результаты определения пористости исследуемых образцов цементного камня приведены в табл. 3. Из нее следует, что при несущественной (менее 2 %) разнице в общей пористости образцы отличаются характером распределения пор разного диаметра.

Читайте так же:
Отсев цемент пропорции для бетона

Таблица 3

П о р и с т о с т ь, %

технологическая (макроскопический уровень)

гелевая (надмолекулярный уровень)

*) Перед чертой – микроскопический уровень, после черты – субмикроскопический уровень

Используя одну из известных классификаций структуры цементного камня по уровню дисперсности [5] условно разделили поровое пространство исследованных образцов на поры надмолекулярного (1?10-3<d?5?10-3 мкм), субмикроскопического (5?10-3<d?1?10-1 мкм), микроскопического (1?10-1<d?4?10 мкм) и макроскопического (4?10<d? 2?103 мкм) уровней.
В надмолекулярный уровень вписываются поры геля; образованные наиболее дисперсными новообразованиями, которые, в основном, и определяют прочность цементного камня [6]. Во второй уровень попадает основная часть гидратных новообразований и микрокапилляры, которые преимущественно определяют водо- и газонепроницаемость цементного камня. Микроскопический уровень включает некоторые новообразования, например Са(ОН)2, дефекты структуры в виде микротрещин и макрокапилляры, также влияющие на прочность и проницаемость цементного камня. Макроскоnический уровень характеризуется дефектами и порами технологического свойства — вовлеченным воздухом, раковинами и т. д.

При введении в состав смесей МК объем пор геля изменяется в зависимости от вида и дозировок МК и С-3. При увеличении дозировок МК с 10 до 30.% массы цемента, гелевая пористость по сравнению с контрольным образцом возрастает на 3,5. 6,4 %. Повышенное количество С-3 способствует увеличению гелевой пористости на 3,3 %. В меньшей степени на гелевую пористость влияет вид МК. Разница между крайними значениями пористости при одинаковых дозировках микрокремнезема и пластичности смесей всего 1,9 %. Однако, в образцах с Бкр, содержащего повышенное количество диоксида кремния, и Ефс, имеющего наибольшую дисперсность, гелевая пористость все-таки выше.

С увеличением дозировки МК возрастают, степень гидратации цемента,содержание низкоосновных гидросиликатов кальция, прочность цементного камня (рис.1). Повышение дозировки суперпластификатора также способствует росту степени гидратации, содержанию

CSH (I) и прочности (рис. 2). Некоторые замедление степени гидратации с повышенной дозировкой С-3 в возрасте до 14 сут связано с экранирующим эффектом избыточного количества органической добавки в ранние сроки (см. рис. 2).

Сравнение фазового состава цементного камня с разными образцами МК показало, что наиболее благоприятным с точки зрения повышения степени гидратации, образования CSH (I) и прочности цементного камня является образец Бкр (рис. 3).

Объем капиллярных пор цементного камня с МК меньше, чем в контрольном образце. Пористость, особенно субмикроскопнческого уровня, уменьшается с увеличением дозировки МК и С-З. Наименьшая капиллярная пористость зафиксирована. в образцах с Ефс, что по-видимому, объясняется более высокой дисперсностью этого образца МК.

Технологическая пористость — с введением МК увеличивается. При этом образцы цементного камня с одинаковым количеством трех разновидностей МК имеют практически одинаковую пористость на макроскопическом уровне (3,7. 4,3), которая, очевидно, зависит от факторов, не связанных с химическими свойствами микронаполнителей.

Естественно ожидать влияния рассмотренных особенностей структуры цементного камня на свойства бетонов, которые исследовали на образцах, составы которых приведены в табл. 4. Смеси имели одинаковое водосодержание [В/(Ц+МК)=0,44] и пластичность (ОК=6. 8 см). Дозировки С-3 подбирали для обеспечения необходимой пластичности.

От чего зависит прочность цементного камня

Положительное действие наполнителей на механическую прочность может быть обу­словлено торможением развития микротрещин в композиционном материале или упрочнением структуры связующего вещества. При введении минерального наполнителя энергетическое воз­действие его поверхности будет оказывать су­щественное влияние, как на контактную зону, так и на само вяжущее вещество [2].

В данной работе для активации цемента, повышения механической прочности цементно­го камня использованы измельченные природ­ные минеральные добавки — волластонит, ди-опсид и диабаз. Активация цемента целесообраз­на как при его изготовлении, так и особенно по­сле его длительного хранения. Это неизбежно в случае доставки цемента водным транспортом в процессе краткосрочной навигации в отдален­ные районы Севера, Сибири, Дальнего Востока и др. В работе исследован портландцемент ООО «Искитимцемент» (Новосибирская область) мар­ки ПЦ 400 Д-20. Минеральный состав цемен­та, % мас.: — 50-55, C2S — 18-22, C3A — 7-11, C4AF — 12-15. Удельная поверхность — 320 м 2 /кг. Химический состав цемента, % мас: SiO2 — 20,73; Al2O3 — 6,86; Fe2O3 — 4,63; CaO — 65,46; MgO — 1,3; SO3 — 0,41; п.п.п. — 0,5. Определены свойства цемента после хранения в течение 7 суток при нормальных условиях (тем­пература 20 ± 2 °С, влажность — не более 60 %) и после хранения в течение 4 и 12 месяцев в среде с влажностью более 80 % при температуре 20 ± 2 °С («лежалый цемент»).

Читайте так же:
Марка цемента для бетона марки м150

В качестве минеральных добавок ис­пользовались тонкоизмельченные горные поро­ды волластонит (Синюхинское месторождение, рудник «Веселый», республика Алтай), диоп-сид (Бугутуйское месторождение, Иркутская об­ласть) и диабаз (п. Горный, Новосибирская об­ласть). Во многих случаях они являются отхода­ми производства. Их химический состав приве­ден в таблице 1.

При оценке межфазного взаимодействия минеральной добавки и цементной матрицы большую роль играет дисперсность добавок. Их гранулометрический состав определен на лазер­ном анализаторе дисперсности типа РRО-7000 фирмы Seishin Enterprice Co., LTD, Япония. По­казатели дисперсности исследуемых добавок, приведены в таблице 2.

Добавки вводились в количестве 2, 5, 7, 9 и 11 % от массы цемента. Свежеприготовленный портландцемент смешивали с указанными до­бавками. Портландцемент, хранившийся в тече­ние 4 и 12 месяцев во влажных условиях, допол­нительно домалывали с минеральными добавка­ми в течение 2 часов в шаровой мельнице.

Из полученного вяжущего формова­лись образцы цементного камня размером 20*20*20 мм и цементно-песчаного раствора размером 40*40*160 мм, которые твердели как в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) по режиму: 3 часа — подъем температуры до 90 °С, 8 часов — изотермическая выдержка при данной температуре и 3 часа — снижение тем­пературы до 20 °С, так и в нормальных услови­ях. При этом прочность образцов, твердевших при нормальных условиях, определялась в воз­расте 3, 7, 14 и 28 суток.

В таблицах 3-5 приведены результаты определения прочности образцов цементно­го камня при введении добавок волластонита (табл. 3), диопсида (табл. 4) и диабаза (табл. 5).

Аналогичные результаты получены при определении прочности при изгибе и сжатии об­разцов цементно-песчаного раствора.

Полученные результаты показывают, что при длительном хранении портландцемента во влажных условиях прочность получаемого це­ментного камня снижается. Это снижение со­ставляет 32 % после 4 месяцев хранения и 62 % после 12 месяцев хранения.

Введение исследованных минеральных добавок приводит к увеличению прочности об­разцов как из свежеприготовленного, так и «ле­жалого» цемента (табл. 6).

В случае свежеприготовленного цемен­та это увеличение прочности составило от 15 до 37 %. Наибольший результат наблюдается при введении добавки диопсида. Следует отметить четко выраженное влияние концентрации доба­вок. Максимальное увеличение прочности до­стигается при введении 9 % волластонита, 7 % диопсида и 2 % диабаза. Наибольшей дисперс­ностью обладал диабаз (табл.2). Это и обуслови­ло меньшее количество (2 %) добавки для полу­чения наибольшего значения прочности.

Этот эффект показывает большую роль межфазного взаимодействия, развивающегося на поверхности частиц. Увеличение прочности при введении дисперсных минеральных добавок об­условлено микроармированием цементного кам­ня и перераспределением напряжений в нем.

Наибольшее влияние из исследуемых до­бавок оказывает диопсид, отличающийся самым высоким значением твердости. Еще большее вли­яние исследуемые минеральные добавки, особен­но диопсид, оказывают на значение прочности образцов, полученных из «лежалого» цемента.

Читайте так же:
Лопатки для перемешивания цементного раствора

Увеличение значения прочности при вве­дении 7 % мас. диопсида составляет в этом слу­чае 72-85 %. При этом прочность при сжатии образцов, полученных из портландцемента, хранившегося в течение 4 месяцев во влажных условиях, превосходит прочность образов, по­лученных из бездобавочного свежеприготовлен­ного цемента на 18-24 %. После 12 месяцев хра­нения цемента во влажных условиях прочность образцов также в значительной мере восстанав­ливается при введении указанных минеральных добавок. Этот эффект, дополнительно к выше-рассмотренным причинам, обусловлен обновле­нием гидратированной поверхности частиц «ле­жалого» цемента при его домоле с вводимыми минеральными добавками. При этом добавка, обладающая высокой твердостью (диопсид) яв­ляется более эффективной.

Таким образом, введение дисперсных ми­неральных добавок (волластонит, диопсид, ди­абаз) способствует повышению прочности це­ментного камня и восстановлению активности цемента после длительного хранения (4 и 12 ме­сяцев) во влажных условиях. Действие минераль­ных добавок обусловлено микроармированием цементного камня и межфазным взаимодействи­ем цементный камень — минеральная добавка.

Свойства тампонажных растворов и цементного камня. Способы их регулирования.

Регулирование технологических свойств цементного раствора может достигаться использованием специальных жидкостей затворения, введением наполнителей, модифицирующих добавок, предварительной обработкой материалов и растворов.

В зависимости от характеристики давления гидроразрыва пород, наличия зон поглощения или зон АВПД возникает необходимость регулирования плотности тампонажного раствора – понижение или повышение.

Снижение плотности тампонажного раствора может быть достигнуто за счет:

— повышения содержания воды,

— снижения плотности жидкости затворения,

— введение облегчающих добавок,

— введение в раствор газообразных агентов.

Повышение содержания воды в тампонажном растворе (водоцементного отношения) должно сопровождаться введением добавок, которые связывают дополнительную свободную воду, повышают водоудерживающую способность, снижают фильтроотдачу.

В противном случае избыток воды в тампонажном растворе приводит к активным процессам седиментации и суффозии.

В качестве водоудерживающих добавок используют высококачественные глинопорошки (бентонитовый — 10¸20% к массе цемента, тонкомолотые горные породы (диатомит, опока, трепел, глины) в количестве 20¸70%, синтетические материалы (ПАА, КМЦ, ОЭЦ, ПВС, Тилоза и др.)

1¸2% к массе цемента. Водоцементное отношение может быть повышено

с использованием этих добавок до 1,0 и более, а плотность может быть снижена до 1450¸1500 кг/м3. Однако следует помнить, что эти добавки снижают прочность и повышают проницаемость цементного камня.

Снижение плотности жидкости затворения — это замена минерализованной, пластовой воды на пресную при приготовлении тампонажного раствора. Эта мера не позволяет уменьшать плотность тампонажных растворов в широких пределах.

В настоящее время для снижения плотности тампонажного раствора широко используют добавки легких наполнителей. Они могут иметь:

— природное происхождение (молотые породы вулканического происхождения пемза, опока, вулканический пепел)

— искусственное происхождение (микробаллоны — пластмассовые (пламилон), стеклянные и керамические.

Для получения легких цементных растворов (1400 кг/м3 и менее) иногда используют ввод газообразных агентов (сжатого воздуха, азота) с помощью компрессора при закачке его в скважину получаются пеноцементные растворы, плотность которых зависит от степени аэрации. Для повышения стабильности системы в жидкость затворения вводят пенообразующие ПАВ.

Цементирование скважин с зонами АВПД должно проводиться с использованием утяжеленных тампонажных растворов. Повышение плотности тампонажного раствора может осуществляться снижением водоцементного отношения, повышением плотности жидкости затворения

и введением в состав материала специальных утяжелителей.

Водоцементное отношение в тампонажном растворе может быть понижено до 0,35-0,40, однако это приводит к загущению раствора, затруднениям при его прокачивании. Для устранения этого явления в тампонажный

раствор должны вводиться реагенты-пластификаторы.

Повышение плотности жидкости затворения может проводиться за счет замены пресной воды минерализованными растворами, пластовыми водами, насыщенными растворами солей. При этом нужно учитывать, что соли, содержащиеся в жидкости затворения, могут влиять на скорость гидратации (замедление или ускорение сроков схватывания) и на коррозийную устойчивость цементного камня.

Читайте так же:
Как сделать раствор цемента 400 пропорции

В качестве утяжеляющих добавок к тампонажным материалам используют известные утяжелители для буровых растворов — барит, гематит, магнетит,

колошниковая пыль, геленит и др. Количество утяжелителя в составе материала может достигать 75% от массы цемента. При этом плотность тампонажного раствора может быть повышена до 2300 кг/м3 и более.

Регуляторы плотности тампонажных материалов могут вводиться как при их изготовлении цементов на заводах, так и в условиях буровой непосредственно перед цементированием.

Подвижность тампонажного раствора характеризуется растекаемостью и консистенцией. Подвижность тампонажного раствора зависит от тонкости помола, водоцементного отношения и содержания пластифицирующих добавок. В качестве пластификаторов тампонажных растворов чаще всего используются ССБ, КССБ, ФХЛС, окзил, гипан, хромпик в количестве 0,1-1,5%.

Часто возникает необходимость корректировать сроки загустевания и схватывания тампонажных растворов. Для ускорения сроков загустевания и схватывания в состав растворов вводят добавки CaCl2, NaCl, Na2CO3,

K2CO3, жидкое стекло, мочевина. Величина добавки — 1-3%. Иногда для сокращения сроков ОЗЦ тампонажный материал затворяют на жидкости затворения повышенной температуры, или используют прогрев обсадной колонны. Для замедления твердения цементных растворов используют добавки виннокаменной кислоты, борной кислоты, буры, гипана, хромпика,

нитролигнина, Л-6 и др.

Для снижения показателя фильтрации цементного раствора (водоотдачи) в основном используют добавки высококачественного бентонита (2-6%), реагенты:

— защитные коллоиды, полимеры (КМЦ, ММЦ, ССБ, КССБ, ММЦ, ОЭЦ, крахмал и др.). Эти добавки несколько замедляют и твердение цементных растворов.

Качество цементного камня характеризуется его прочностью, проницаемостью, объемными изменениями, коррозионной устойчивостью.

Прочность цементного камня зависит от минерального состава и его вяжущей основы, типа и количества добавок, режима и длительности твердения. Цементный камень выполняет все его механические функции в скважине, если его прочность на изгиб составляет не менее 10 кгс/см2. Однако ГОСТами на тампонажные материалы обычно регламентируются более высокие значения прочности.

Для повышения прочности цементного камня уменьшают количество инертных наполнителей, вводят в состав материала армирующие добавки

(волокнистый асбест, волокно АФС, кордовое волокно и др.). Для снижения проницаемости цементного камня понижают его водоцементное отношение и вводят в раствор добавки, которые могут кольматировать поры цементного камня (синтетические смолы, жидкое стекло и др.).

Высококачественный цементный камень имеет проницаемость менее 1 мкм2.

Для устранения усадочных явлений и получения расширяющегося цементного камня в состав цементного раствора вводят расширяющие добавки — гипс, окись кальция или окись магния. Однако следует помнить, что введение этих добавок в больших количествах может привести к растрескиванию цементного камня или смятию обсадных колонн. Считается, что объемное расширение цементного камня свыше 2-3 % нежелательно.

Для повышения коррозионной устойчивости цементного камня подбирают цементы соответствующего минерального состава, вводят добавки молотого кварцевого песка, синтетических смол, гидрофобизаторов.

Для придания цементному камню свойства расширения используются следующие составы:

— смесь ПЦТ с гипсоглиноземистым цементом — расширение до 2%;

— смесь ПЦТ с магнезиальными цементами (каустический магнезит – 5 -10%, каустический доломит — 10 – 20 %) — расширение 0,5 – 1,3%;

— смесь ПЦТ с известью (СаО) до 10 — 15% — расширение 3-6%.

Дата добавления: 2020-04-08 ; просмотров: 224 ; Мы поможем в написании вашей работы!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector