Вакуумперемешивание бетона на пористых заполнителях —
Вакуумирование бетонной смеси при перемешивании было предложено в конце 20-х годов этого века. В публикациях того времени сообщало о значительном улучшении качества бетона: повышении прочности, плотности, водонепроницаемости. Однако вакуум- перемешивание не получило до сих пор широкого распространения. Это обусловлено, на наш взгляд, недостаточной изученностью вопроса. Немногочисленные работы, посвященные ЭТОМУ методу, не определили область его применения. В последние годы вакуумпепемешивание вновь привлекло внимание исследователей.
В МИСИ им. В. В. Куйбышева была проведена работа по вакуумперемешиванию цементного теста, цементнопесчаного раствора и бетона. Такое разделение позволяет оценить влияние вакуумперемешивания на свойства всех элементов бетона. Наибольший эффект был получен при использовании пористых заполнителей (керамзит, известняк).
Специфика применения в бетоне пористых заполнителей (искусственных или естественных) обусловлена значительной миграцией воды из цементно- пссчаного раствора внутрь зерна заполнителя. Процесс этот достаточно сложен. В первом приближении можно полагать, что движение влаги определяется величиной и характером ПОРИСТОСТИ заполнителя, а также водосодержанием и водоудерживающей способностью цементно-песчаного раствора.
Как следствие такого самовакуумирования, слон раствора на поверхности заполнителя приобретает плотность большую, чем в остальном его объеме. Это явление принято считать наполнительным фактором прочности Сетона на пористых заполнителях.
Однако уплотнением раствора на поверхности заполнителя не исчерпывается влияние самовакуумировании на свойства бетона. Естественно, что в системе с постоянной массой и объемом увеличение плотности в одной части системы должно привести к уменьшению плотности в другой части. Так, повышение плотности раствора на поверхности заполнителя вызовет ее понижение в межзерновом пространстве, что должно уменьшить прочность бетона в целом Речь пойдет, таким образом, о недоборе прочности и снижен:) эффективности самовакуумироваиня бетона на пористых заполнителях.
Ввиду сложности экспериментальной проверки этого предположения непосредственно в бетоне нами был проделан на модели следующий опыт. Цилиндрическая форма (рис. 1) заполнялась цементным тестом; торцы формы закрывались пластинками из пористой керамики (неглазурованная облицовочная плитка). Крышки с резиновыми прокладками позволяли воде перемешаться только через пористую пластинку. Штуцеры крышек были присоединены к сети вакуум-насоса. Вакуумироваиие продолжалось в течение 10 мин при различной степени разрежения. Тесто характеризовалось В/Ц, равным 0,3 и 0,5. В контрольных образцах пористая перегородка была заменена сплошной металлической. После твердения во влажных условиях в течение 7 сут. образец извлекали из формы и выпиливали из него балочку размером 1x1X3 см, которая в возрасте. 28 сут. была испытана на изгиб (по Кюлю).
Отсос влаги уменьшает прочность цементного камня вследствие уменьшения его плотности в середине образца. Максимальное уменьшение прочности составляет 32% (В/Ц=0,3) и 45% (В/Ц = 0,5), т. е. наибольшее падение прочности наблюдается для теста с меньшей водоудерживающей способностью.
Сброс прочности прекращается при определенной степени возражения (300 мм рт. ст. для В/Ц = 0,3 и 500 мм рт. ст. для В/Ц=0,5). При этом разрежении происходит, очевидно, «засорение» фильтра (пористой пластинки), и перемещение воды прекращается.
Эксперимент, проведенный на модели, подтверждает наши предположения. Трудно сказать, в какой мере эта потеря прочности будет проявляться в реальном бетоне, однако наличие и значение такого явления не вызывает сомнения.
По технологии изготовления бетона на пористых заполнителях иногда прибегают к выдерживанию бетонной смеси до укладки ее в дело. В этом случае отсос воды в заполнитель происходит до уплотнения бетонной смеси, в результате прочность бетона несколько повышается. При немедленной укладке бетона отсос влаги вызывает усадку раствора, которая может компенсироваться сжатием всей системы в случае применения плавающего заполнителя, три плотной же укладке заполнителя усадка может привести к значительным напряжениям и появлению трещин. Избежать отсоса воды можно предварительным насыщением заполнителя водой, однако, по общему мнению, это значительно снижает прочность бетона.
Таким образом, можно предполагать, что вакуумперемешивание бетона с пористым заполнителем может дать значительный эффект благодаря искусственному ускорению процесса миграции влаги в заполнитель, и в уложенной бетонной смеси процесс перемещения воды совсем (или почти совсем) прекратится.
В работе использовали: портландцемент Воскресенского завода М-500; керамзитовый гравий Бескудниковского завода — фракция 10—20 мм, насыпной вес 450 кг/.и3; щебень известняковый Тучковского карьера — фракции 5—20 мм, пористость 5,8—8,5%, прочность в пределах 220— 700 кг/см2: песок кварцевый с 7И;р = 1,7; песок, полученный дроблением керамзита, фракция 0,15—5,0 мм, насыпной вес 724 кг/см3.
Керамзитобетон приготовляли в лабораторной растворомешалке емкостью 15 л, бетон на известняковом щебне— в бетономешалке свободного падения емкостью 50 л при разрежении, создаваемом форвакуумным насосом. 700 мм. рт. ст. Схема уплотнения мешалок показана на рис. 2 и 3.
Для изучения влияния вакуумперемешивания сравнивались между собой свойства бетона, перемешанного при атмосферном давлении и под вакуумом. Керамзнтобетон готовили на кварцевом песке с расходом цемента 250 и 350 кг/м3, а также на керамзитовом песке с расходом цемента 300 кг/м3 (табл. I).
Вакуумирование резко снижает подвижность керамзитобетонной смеси вследствие отсоса воды внутрь керамзита. Воду приходится в ХОДИТЬ мОПОЛ ннтольно для получения такой же удобоукладываемости, что и для смеси, перемешанной при атмосферном давлении. Это приводит к увеличению объемного веса. Наибольшее значение 7 соответствует бетонной смеси, полученной вакуумперемешиванием и обладающей одинаковой подвижностью с эталонной.
Избыток воды может привести к недопустимо высокой влажности, величина которой зависит от условий твердения керамзитобетона. В наших опытах одна партия образцов хранилась в обычных условиях, другую пропаривали при 90°С по режиму 2+8+2 ч, третья была подвергнута сухому прогреву по такому же режиму в термостате при 90°С. Наибольшая конечная влажность оказалась v пропаренных образцов (в 1.5—2 раза выше, чем при нормальном хранении), причем особенно высокие показатети относятся к образцам с керамзитовым песком Наименьшую влажность имеет керамзнтобетон, подвергнутый сухому прогреву при 90°С (влажность его в несколько раз меньше, чем при твердении в нормальных условиях и после пропаривания).
Таким образом, сухой прогрев способствует удалению излишка воды, поглощенной керамзитобетоном при вакуум перемешивании.
Прочность вакуумированного керамзитобетона во всех случаях повышается. Сравнивать между собой следует, разумеется, только составы, имевшие одинаковую удобоукладываемость (табл. 2). Наибольший прирост прочности наблюдается при сухом прогреве бетона, так как повышенная влажность создает в этом случае благоприятные условия для гидратации цемента.
Вакуумперемешивание оказалось более эффективным при использовании кварцевого песка, причем прирост прочности выше при меньшем расходе цемента. В случае использования керамзитового песка прочность бетона повышается незначительно.
Опасения, что высокая влажность керамзитобетона, перемешанного под вакуумом, приведет к снижению морозостойкости, оказались справедливыми только для бетона иа керамзитовом песке (табл. 3).
Полузаводские испытания подтвердили, таким образом, что вакуумперемешиванне бетона на пористых заполнителях повышает прочность на 20— 40%. В случае применения керамзита наиболее целесообразно производить вакуумперемешивание для приготовления конструктивных тяжелых бетонов. Повышенное содержание воды может играть положительную роль при неблагоприятных с точки зрения влажности условиях твердения или пои сухом прогреве (в частности, распространение в последнее время электропрогреве).
Наиболее эффективно применение вакуумперемешивания в случаях, когда для бетонов приходится использовать пористый заполнитель с прочностью, приближающейся к прочности цементно-песчаного раствора может Сыть приравнен к пропаренному бетону.