Строительство. Справочные пособия

Добавки в бетон

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

7.4.2.1. Прочность.

В основном модифицированные раствор и бетон показывают значительное увеличение прочности при разрыве и изгибе, но прочность при сжатии у них не увеличивается по сравнению с обычным цементным раствором и бетоном. Это объясняется высокой прочностью при разрыве самого полимера и общим усилением связей цемента с заполнителями. На прочностные свойства модифицированного раствора и бетона влияют различные взаимодействующие друг с другом факторы: свойства используемых материалов — латексов, цементов и заполнителей, факторы контроля для подбора состава смеси (т. е. полимерцементное и водоцементное отношения, отношение вяжущего к объему пор и т. д.), методы выдержки и методы контроля.

Влияние свойств материалов. Свойства полимеров в латексах главным образом зависят от количества мономера в сополимерах, а также от типа и количества пластификаторов. Такие свойства латексов, как механическая и химическая стабильность, выделение воздуха, нормальное схватывание при высыхании, зависят от типа и количества поверхностно-активных веществ и пеногасителей и размера дисперсных полимерных частиц. Охама [32, 66] изучил эффект мономерного отношения в латексах ПЭВА и БСК на прочность модифицированных растворов (7.18).

Количество мономера влияет на прочность модифицированных латексом растворов в такой же степени, как полимерцементное отношение. Максимальная прочность раствора, модифицированного ПЭВА, достигается при содержании связанного этилена 13%. Прочность раствора, модифицированного БСК, повышается с увеличением содержания связанного стирола. Подобные же результаты получены Черкинским и др. [67].

Прочность при растяжении сухой пленки из латекса БСК резко возрастает, когда содержание связанного стирола повышается. Имеется четкая взаимосвязь между прочностью этой пленки и прочностью при изгибе раствора, модифицированного БСК, с по-лимерцементным отношением около 10% (7.19) [32]. Влияние содержания пластификатора (т. е. дибутилфталата) в латексе ПВА на прочность модифицированного им раствора показано на 7.20  [68].

Так же, как у раствора, модифицированного БСК, прочность раствора, модифицированного поливинилацетатом (с различным содержанием пластификатора), уменьшается с увеличением содержания пластификатора.

Обычно механическая и химическая стабильность латексов улучшается с увеличением содержания поверхностно-активных веществ, выбранных в качестве стабилизаторов. Стабилизированные латексы могут эффективно диспергировать без коагуляции в модифицированных растворе и бетоне. С другой стороны, излишнее количество поверхностно-активных веществ может оказать отрицательное воздействие на прочность модифицированных раствора  и бетона  из-за уменьшения прочности латекснои пленки, замедления гидратации цемента и избыточного возду-хововлечения. Следовательно, латексы, используемые в качестве модификаторов цемента,   должны   иметь   оптимальное содержание поверхностно-активных веществ, чтобы обеспечивалась высокая прочность модифицированных раствора и бетона. Оптимальное содержание поверхностно-активных веществ колеблется в пределах от 5 до 30% по массе от общего содержания твердого вещества. На 7.21 [69] показана связь между содержанием поверхностно-активных веществ в латексах и прочностью при изгибе модифицированных растворов.

Поверхностно-активные вещества обычно добавляют к ла-тексам для того, чтобы воспрепятствовать излишнему возду-хововлечению. На 7.22 [70] показано влияние пеногасителя из силикона эмульсионного типа на содержание воздуха и прочность при сжатии модифицированных растворов. Повышенное содержание пеногасителя приводит к явно выраженному уменьшению содержания воздуха и увеличению прочности при сжатии. Очень важно выбирать пеногасители и поверхностно-активные вещества, как стабилизаторы,так и эмульгаторы, так, чтобы они не оказывали отрицательного влияния на гидратацию цемента.

Нонилфениловый   эфир   полиэтиленгликоля и силиконовая эмульсия относятся к числу хороших соответственно поверхностно-активных веществ и пеногасителей, но большое количество алкилбензолсульфата натрия, который является популярным эмульгатором, вызывает замедление гидратации цемента и удлиняет сроки схватывания.

Размер диспергированных полимерных частиц в латексах может до некоторой степени влиять на прочность модифицированных раствора и бетона. Райст и др. [72], а также Брокард [73] установили, что раствор, модифицированный ПВА (поливинилацетатом), достигает максимальной прочности при размерах частиц от 1 до 5 мкм и от 2 до 5 мкм. Вагнер и другие наблюдали увеличение прочности при сжатии и растяжении раствора, модифицированного ПВДХ, при уменьшении размера частиц

Очевидно,что молекулярная масса латексных полимеров не влияет на прочность модифицированного раствора и бетона  [73].

 Тип цемента не оказывает заметного влияния на прочность модифицированных систем, исключение составляет высокоглиноземистый цемент (7.23) [74]. На 7.24 [75] показано влияние модуля крупности песка на прочность модифицированных растворов. Прочность при изгибе и прочность при сжатии возрастают с увеличением модуля крупности, т. е. размеров частиц песка, как и для немодифицирован-ного раствора.

Развитие прочностей при растяжении и изгибе имеет большее значение, чем прочности при сжатии и сдвиге, за исключением показателей для бетона, модифицированного ПВА. Большинство модифицированных растворов и бетонов показывают максимальную прочность при полимерцемент-ных отношениях от 10 до 20% и от 20 до 30% при сухой выдержке и комбинированном водном и сухом режиме хранения, а при водной выдержке — при полимерцементных отношениях  от  5  до   15%   и  от 15 до 25%. Некоторые модифицированные системы имеют минимальную прочность при поли-мерцементном отношении от 5 до 10% независимо от условий выдержки. Ряд систем показывает резкое снижение прочности при увеличении полимер-цементного отношения также независимо от условий выдержки. В общем большинство модифицированных растворов и бетонов, выдержанных в благоприятных условиях, имеют высокие прочностные свойства при полимерцементном отношении 20—30%, после чего прочность может уменьшаться. До этого значения полимеры влияют  на  улучшение  микроструктуры раствора или бетона, но дальнейшее увеличение полимерцементного отношения приводит к разрывам в микроструктуре, которые снижают прочность. Применение низких значений полимерцементного отношения (ниже 5%) неэффективно, поскольку это приводит к низкой прочности. Поэтому на практике используется полимерцементное отношение в пределах от 5 до 20%.

Как видно из табл. 7.9, при заданном составе бетона значительное снижение водоце-ментного отношения, связанное с повышением полимерцементного отношения, приводит к увеличению прочности большинства модифицированных-систем.

Воздухововлечение оказывает заметное влияние на прочность модифицированных систем (см. 7.22).

Вагнер [80] распространил теорию Пауэрса и Браунъярда на обычное цементное тесто и разработал общую формулу для предсказания прочности при сжатии модифицированных латексом растворов, используя водоцементное отношение и содержание вовлеченного воздуха:

R^ = Ci + C2/(B/U)+C3A,

где /?сж — прочность при сжатии модифицированных латексом растворов; ВIЦ — водоцемеитиое отношение; А — объем вовлеченного воздуха в процентах;   С\,   Сг   и   Сз—константы.

Однако это уравнение было получено в специальных условиях полного исключения потерь воды при выдерживании, и его весьма   сложно   применять   на практике.

С целью разработки уравнений для прогнозирования прочности при сжатии модифицированных растворов и бетонов необходимо учитывать различные факторы: полимер-цементное отношение, водоцементное отношение и содержание воздуха. Расширив теорию Тэлбата о порах [82] в обычных цементных растворах и бетонах, Охама [33, 34, 83] определил отношения «вяжущее — объем пор» а и «объем пор — вяжущее» р и предложил эмпирическое уравнение, используя аир для прогнозирования прочности при сжатии модифицированных латексом растворов и бетонов.

Для большинства модифицированных растворов и бетонов, что подтверждено в работе Вагнера [27]. Из этих данных очевидно, что условия выдержки для растворов имеют большее значение, чем для бетонов, из-за разницы в водо-удерживающей способности, обусловленной размерами их образцов.

Водостойкость модифицированных систем, оцениваемая. при изменении прочности после погружения их в воду, будет рассмотрена в п. 7.4.2.4, в том числе самая низкая водостойкость систем, модифицированных ПВА. Погружение в воду с последующей сухой выдержкой вызывает резкое снижение прочности всех модифицированных систем. Такое влияние на прочность, очевидно, является обратимым из-за восстановления прочности при сухом хранении после водного погружения, как установлено Охамой [88] и Фрондисту-Яннасом и Шахом  [89].

Обычно прочность при сжатии бетонов, модифицированных БСК и ПЭВА, не изменяется значительно при дополнительной выдержке и становится почти постоянной в возрасте 182 сут независимо от размера образца. Прочность при сжатии в этом возрасте резко возрастает с увеличением полимерцементного отношения и становится в 2—3 раза выше перед сухой выдержкой, т. е. через 7 сут влажной выдержки. Основная причина заключается в том, что гидратация цемента в модифицированных бетонах прогрессирует весь период сухой выдержки из-за высокой водоудерживающей способности, возникающей благодаря образованию полимерной пленки. Такое эффективное развитие прочности является одним из преимуществ модифицированного бетона перед обычным цементным бетоном. Прочность при сжатии имеет тенденцию к   увеличению   с   увеличением отношения площади поверхности к объему образца, т. е. с уменьшением размера образца независимо от полимерце-ментного отношения. Аналогичная тенденция наблюдается и у немодифицированного бетона [91, 92].

Возможность    образования трещин   и   раковин   в   образце возрастает  с  увеличением   его объема,   т.   е.   с   увеличением его размера   [93]. Разработан метод получения высокой прочности путем тепловой обработки   модифицированных   систем с    использованием    термопластичных   сополимеров   со   специальными термическими свойствами [94]. Сополимеры получены  из  двух   мономеров,   которые   образуют   гомополимер с   различными   точками   перехода   выше   и   ниже   температуры окружающей среды.  Исключительные   прочности   при изгибе  и   сжатии,   полученные с помощью этого метода, представлены   на     7.34    [94]. Оптимальные прочностные свойства    при    этой    специальной выдержке достигаются  в  температурном   интервале      70— 120 °С.  Механизм  достижения такой высокой прочности может быть    объяснен    интенсивным образованием постоянной полимерной    пленки    и    эффектом заполнения пор.

Взаимоотношение между твердостью поверхности и прочностью при сжатии. Твердость поверхности модифицированных систем в основном несколько выше твердости обычной   цементной  системы  в  зависимости от типа полимера и полимерцементного отношения. Признано, что имеется определенное соотношение между твердостью поверхности и прочностью при сжатии большинства модифицированных систем (7.35)   [95].