Лекция. Материалы для приготовления высокопрочных бетонов Расчет состава высокопрочного бетона

Таблица 2.1
Доля песка в смеси заполнителей в высокопрочном бетоне

Крупность щебня, мм	Модуль крупности песка	Доля песка в смеси заполнителей
		Расход цемента, кг/м^3
		400	500	600
5…40	3,0 2,0 1,0	0,32 0,31 0,30	0,29 0,28 0,27	0,25 0,24 0,23
5…20	3,0 2,0 1,0	0,33 0,32 0,31	0,30 0,29 0,28	0,26 0,25 0,24
5…10	3,0 2,0 1,0	0,34 0,33 0,32	0,31 0,30 0,29	0,27 0,26 0,25

Крупный заполнитель. Заполнители для высокопрочного бетона должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью, не содержать слабых зерен. Предел прочности крупного заполнителя должен быть на 20 % выше заданной прочности бетона. Чем выше прочность бетона, тем больше влияние заполнителя на его структуру. Для особо высокопрочных бетонов применяют заполнители повышенной прочности из магматических горных пород: гранита, диабаза, базальта и других, при дроблении которых получаются зерна с шероховатой поверхностью.
Не рекомендуется использовать в качестве заполнителя гравий, а также щебень с гладкой поверхностью, получаемый при дроблении кварцитов, сиенитов, известняков мраморовидной структуры.
Наибольшую крупность щебня обычно выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения элемента и особенностей армирования конструкции. Для изготовления слабоармированных, толстостенных конструкций можно применять щебень с максимальной крупностью до 70 мм.
Заполнители, используемые для приготовления высокопрочного бетона, должны быть сухими. В остальном крупный и мелкий заполнители должны отвечать требованиям ГОСТа.
Добавки. Наиболее эффективными добавками для высокопрочных бетонов являются суперпластификаторы и комплексные модификаторы на их основе, в состав которых дополнительно вводятся неорганические и органические ускорители твердения или воздухововлекающие добавки.
Комплексные добавки взаимно усиливают основной положительный эффект и полифункционально воздействуют на свойства цементных систем на всех технологических этапах их изготовления и расширяют широкий спектр свойств бетона.
Особая роль среди минеральных добавок для высокопрочных бетонов принадлежит микрокремнезему, получаемому как попутный продукт производства ферросиликатных сплавов. Микрокремнезем представляет собой высокопористые агрегаты аморфных, округлых частиц размером около 1 мкм плотностью 2,2…2,5 г/см³, насыпной плотностью 0,2…0,3г/см³ и удельной поверхностью свыше 20000 см²/г. Химический состав микрокремнезема: SiO₂ – 80…96 %; Fe₂О₃ – 0,75…1,1 %; Al₂О₃ ԟ 0,38…1,6 %; СаО – 1,0…1,3 %. Предпосылками использования микрокремнезема в качестве активной минеральной добавки являются следующие: способность SiO₂ вступать в реакцию с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации основных минералов клинкера, с образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция (реакция пуццоланизации); роль микронаполнителя, которую выполняют сферические частицы. В результате применения микрокремнезема прочность бетона можно повысить до 50 % в сравнении с бездобавочным составом. Одновременно происходит уменьшение пор в бетоне и усиление контактной зоны на границе заполнителя с цементным камнем.
Наилучшие результаты получаются при совместном введении в бетонную смесь микрокремнезема и суперпластификаторов, что обеспечивает получение прочности бетона 25…50 МПа через 14…24 часа твердения в нормальных условиях и 80…100 МПа через 28 суток.
В настоящее время отечественными производителями выпускается ряд комплексных добавок на основе микрокремнезема и суперпластификаторов: «Универсал», «ПФМ-НЛК», «Бенотех Уникум», «Реламикс», модификаторы серии МБ: 10-01, 10-30С, 10-50С, «Эмбэлит» и другие, применение которых обеспечивает максимальный эффект именно при изготовлении высокопрочных и особо высокопрочных бетонов.
Наиболее эффективно применение в высокопрочных бетонах не отдельных модификаторов, а специально подобранных комплексов в зависимости от назначения бетона и предъявляемых к нему требований. Обязательным компонентом комплексов обычно является суперпластификатор как наиболее эффективная добавка, к которому добавляются антивоздухововлекающие или, наоборот, воздухововлекающие или микрообразующие добавки; добавки, управляющие структурообразованием, в частности, кинетикой схватывания и твердения; расширяющие добавки; активные минеральные компоненты и супертонкие наполнители; волокнистые добавки; наноэлементы и другие добавки. Состав комплекса должен соответствовать выбранной технологии и заданным свойствам бетона.
Многокомпонентность высокопрочных бетонов требует перехода к компьютерному проектированию его составов. Для этого необходимо более детальное изучение влияния различных факторов на структуру и свойства бетона.