Глава 19 Противоморозные добавки

Глава 19 – добавки в бетон при бетонировании в мороз.

19.1 Введение
Возросла необходимость укладывать бетон в условиях, когда он может замёрзнуть, не набрав достаточной прочности. Противоморозные добавки применялись в СССР с пятидесятых годов с целью понижения точки замерзания воды в бетоне и возможности укладки и ухода за бетоном ниже точки замерзания воды water (Brook and Ryan 1989). Обыкновенно, бесхлоридные ускорители схватывания основаны на противоморозных добавках. Когда ускорители схватывания применяются в качестве противоморозных добавок, то их нормы расхода много больше, чем для условий бетонирования при положительных температурах. Для бетона твердевшего при низких температурах ранняя прочность низкая, хотя прочность может быть сходной с бетоном нормального твердения в более поздние сроки. Несколько противоморозных добавок произведённых из бесхлоридных ускорителей твердения не показали случаев коррозии стальной арматуры (U.S. Army Corps of Engineers 1994 Стройбат американский). Нитриты уменьшают коррозионный потенциал, когда применяются в количествах подходящих для противоморозных мероприятий (а сколько вешать в граммах стройбат не сказал?). Доступны коммерческие добавки-ускорители обеспечивающие водоредуцирование и ускорение гидратации вплоть до -7С без ущерба (Brook and Ryan 1989 ну очень актуально для 2016г). Натриевые и калийные соли, однако, не должны применяться с инертными материалами потенциально склонными к протеканию реакций щёлочь-силикаты (ASR) или в бетонах подверженных систематическому смачиванию-высыханию в агрессивных, морских или сульфатсодержащих средах (у ASTM и ACI, видимо, свое уникальное представление об агрессивности среды). Другие системы добавок не включённые в работу «Американского Стройбата» могут проявлять схожее противоморозное действие без легких коррозионных повреждений. Обязательно получите документацию от поставщика добавок, удостоверяющую в том, что ускоряющая добавка не коррозионно-активна в отношении арматуры при максимальных дозировках необходимых для для зимнего бетонирования (наш Вон Пин Дон и Розенталя, то, в руках не держал, он вам напишет документик). «Американский Стройбат» устанавливал комбинации коммерчески доступных добавок обеспечивающих уход за свежеуложенным бетоном при его внутренней температуре ниже 0С без нанесения ущерба твердению, в сравнении с бетоном нормального твердения (Korhonen et al. 2004). Ссылка на ASTM C1622/C1622M для систем добавок для зимнего бетонирования.

19.2 - Материалы
В настоящее время, комплексы противоморозных добавок приготавливают в соответствии с требованиями ASTM C494/C494M или это готовый коммерческий продукт так или иначе принятый в производственной практике. Добавки в основном выбирают по их индивидуальной способности снижать температуру замерзания воды или увеличивать темп гидратации цемента при низких температурах. Когда противоморозные добавки дозируются раздельно в бетонную смесь они должны быть совместимы друг с другом таким образом, чтобы не усиливать коррозию. Комплексы противоморозных добавок должны соответствовать ASTM C1622/C1622M. В последних исследованиях, проводимых в лабораториях и в условиях эксплуатационного тестирования, было описано восемь смесей противоморозных добавок позволяющих получать бетонную смесь с температурой замерзания –5°C или ниже с допустимой сохраняемостью при транспортировке и хорошей удобоукладываемостью (Korhonen et al. 2004).

19.3 – Выбор и оценка
Каждая из систем противоморозных добавок состоит из пяти коммерческих продуктов:
1) Водоредуцирующие добавки для понижения содержания воды в бетонной смеси при сохранении удобоукладываемости.
(ASTM C494/C494M Type A and F)
2) Ускорители твердения для уменьшения сроков схватывания и твердения, равно, как и понижения точки замерзания.
(ASTM C494/C494M Type C and E)
3) Замедлители для регулирования сроков схватывания, если есть такая проблема.
(ASTM C494/C494M Type B)
4) Ингибиторы коррозии (видимо, для стали).
5) Уменьшители усадочных трещин. Не по прямому назначению, а для вклада в понижение точки замерзания.

19.4 – Состав бетонной смеси
Чтобы подобрать состав бетонной смеси, которая достигает приемлемой прочности при температуре меньше -5С следует начать с рабочих составов зимних бетонных смесей, имеющих показатели удобоукладываемости, долговечности и прочности. Обыкновенно состав смеси содержит по крайней мере 359кг/м3 цемента при водоцементном отношении 0,45 и менее и приемлемом количестве вовлеченного воздуха. Преобразование стандартной зимней рецептуры бетонной смеси в бетонную смесь для бетонирования в мороз (видимо, какой-то определённый мороз, суперзимний) в простейшем случае требует настройки содержания воды и порядка прибавления добавок в бетонную смесь.
19.5 – Производство по партиям
Перед укладкой «зимней» бетонной смеси, в течение серии пробных замесов нужно будет установить, что принятая система противоморозных добавок может обеспечить приемлемые удобоукладываемость и воздухововлечение. Пробные замесы помогут определить лучшее время (порядок) дозирования компонентов системы добавок в бетонную смесь. Несколько от 2,3 до 3,8м3 пробных замесов должно быть сделано для подтверждения соотношения компонентов и определения характера поведения бетонной смеси в течение каждой стадии процесса (видимо, перемешивание на заводе, транспортирование и бетонирование). Для всех стадий замеса применять холодную воду, таким образом, чтобы температура бетонной смеси была 10 ± 5°C. Более высокие температуры склонны вызывать быструю потерю удобоукладываемости для зимних рецептур. Проводите периодические измерения осадки конуса, воздухововлечения и температуры, чтобы установить соответствие желаемому поведения бетонной смеси до её укладки и подготовке к уходу за бетоном. Пробные замесы позволят обеспечить возможность эксперимента с различными методиками дозирования, подготовки оператора БСУ, водителей миксеров и технадзора заказчика при работе с бетонной смесью. Три способа дозирования были проведены через натурные испытания (см. 19.5.1 до 19.5.3)

19.5.1 Процедура 1
Одномоментное дозирование всей системы противоморозных добавок на БСУ. Это даёт преимущество отсутствия дополнительных операций со стороны водителя миксера. Недостаток заключается в том, что при высокой концентрации ускорителей гидратации высока скорость уменьшения осадки конуса. Время доставки должно быть ограничено 20 минутами. Но эксперименты показали, что потеря осадки конуса может быть восстановления при введении дополнительного количества пластификатора и после 45 минут в пути. Может понадобиться и введение дополнительного количества воздухововлекающей добавки на месте выгрузки (в страшном сне можно увидеть, как отморозок-миксерист прибавляет ВВ добавку в тяжёлый бетон и получает пенобетон). Рабочие обычно имеют 20-30 минут для укладки бетонной смеси.

19.5.2 Процедура 2
Задержать прибавление добавки-ускорителя схватывания до прибытия миксера на стройплощадку, при условии, что все остальные добавки были отдозированы на БСУ. Это уменьшит скорость снижения осадки конуса в течение транспортировки и воздухововлечение должно быть более стабильным чем а Процедуре 1. Для бетонной смеси, однако, может потребоваться высокая дозировка «гиперпластификатора» (гиперсупермеганано – поликарбоксилата, короче) (HRWRA) для сохранения способности к транспортированию. Команда бетонщиков должна знать, что бетонная смесь будет иметь низкое водосодержание и низкую осадку конуса. Вода не должна прибавляться к бетонной смеси. Время транспортировки от 45 минут и выше, по возможности. Время на бетонирование более 30 минут. (Сам я большой поклонник Процедуры 2, т.к. разрабатывал технологию бетонирования ЖБИ на привозной бетонной смеси в зимнее время. Вода вместе с ускорителем заранее взвешивается и ожидает в канистрах, отморозок-миксерист ничего не доливает из крана, это правда)

19.5.3 Процедура 3
Дозирование всех добавок на участке стройплощадки. Преимущество заключается в том, что добавки не начинают взаимодействовать с цементом пока команда бетонщиков не готова принимать бетонную смесь. Поскольку бетонная смесь содержит воду, бетонная смесь для транспортировки должна иметь очень низкое В/Ц («сухарь»). Команда бетонщиков должна знать, что привезённая бетонная смесь будет иметь малую осадку конуса и малое водосодержание. Время в пути свыше одного часа не является проблемой и время бетонирования увеличено на 45 минут. (Что делать с «сухарем» на стройплощадке ACI постеснялась рассказать, но, если интересно будет, спросите меня, я знаю, что делать.)

19.6 Пробное бетонирование
Предназначенная для зимнего бетонирования бетонная смесь должна вначале быть испытана на тестовом бетонировании для определения соотношения и порядка дозирования добавок до постановки на производство. Соотношение различных компонентов бетонной смеси (основных) должны быть отрегулированы и дозирование добавок изменено с тем, чтобы достичь приемлемой конечной осадки конуса, скорости уменьшения осадки конуса, точки замерзания и характеристик схватывания.

19.7 Укладка и финишные работы
Основание, поверх которого будет укладываться бетонная смесь, должно быть свободно от снега и льда. Хотя, и допускается бетонировать при температуре основания ниже точки замерзания (???? Wow !!!!), но все источники избыточной воды должны быть удалены. Реология бетонной смеси для зимнего бетонирования сходна с реологией БСГ с высоким содержанием цемента при низком водоцементном соотношении. Такая бетонная смесь может быть вязкой при завершении работ, но склонна терять вязкость в продолжении схватывания (а еще, бетон потом твердеет, а ещё, из него кубики можно красивые делать, а ещё, слов можно из разных книжек про бетон накидать невпопад и продавать по 100 баксов за документ). Непрерывно укладывайте бетонную смесь в течение 20-30 минут и в соответствии со временем определённым в результате пробного бетонирования пробных партий. После укладки бетона, незамедлительно снимите его излишек до надлежащего уровня. Выполняя выравнивание двигайте рейку по поверхности, чтобы утопить щебень и сгладить поверхность. Любая новомодная чепушь, применяемая вместо простой рейки должна быть использована с осторожностью, чтобы не вызвать преждевременного запечатывания поверхности, которое может инициировать растрескивание. Дождитесь пока по бетону можно будет ходить без оставления отпечатков глубиной более 6.4мм прежде чем его разглаживать (видимо, у них есть на каждой стройке стандартизированный и поверенный мексиканец-клон, который весит не более 75,0±0,1кг и стандартной ступнёй топочет по бетону). После завершающих мероприятий по укладке бетона, необходимо защитить открытые поверхности от высыхания. Поверхность бетона должна быть покрыта пластиковым покрывалом или (и) обработана защищающим от высыхания составом сразу после потери липкости (при 47С время от потери липкости до сухого трещинообразования очень мало). Закройте выступающую из бетона арматуру защитным полотном, поскольку она действует как проводник холода к твердеющему монолиту в зоне залегания арматуры. Убедитесь, что шпильки теплоизолированы (я полагаю, что эта рекомендация даётся при бетонировании колонн).

19.8 Эффекты бетонной смеси и свежего твердеющего бетона
Зимние бетонные смеси (далее, ЗБС) чувствительны к содержанию воды, если рассматривать задачу понижения точки замерзания. В условиях стройки, ЗБС склонны очень быстро терять подвижность и схватываться в течение одного часа с момента окончания бетонирования. ЗБС становятся липкими (вязкими) к окончанию бетонирования и требуют повышенного внимания при замесе в отношении дозирования добавок. Содержание воздуха в ЗБС менее стабильно в сравнении с обычной бетонной смесью. В некоторых случаях содержание воздуха в ЗБС увеличивается, а в некоторых уменьшается (малоизучено и непредсказуемо). Были сообщения, что одна добавка совсем удалила воздух из ЗБС (Korhonen et al. 2004). ЗБС, по обыкновению, не склонны к водоотделению после качественного приготовления и укладки, что позволяет быстро приступить к финишным операциям (выравнивание, затирка, укрывка) даже при сильном морозе. При очень низкой осадке стандартного конуса ЗБС, однако, хорошо реагирует на виброуплотнение (легко укладывается)

19.9 Эффекты твердеющего бетона
Как и в случае с нормальным бетоном, развитие прочности зимнего бетона зависит от его внутренней температуры. В лабораторных условиях, если охладить ЗБС до -5С вскоре после перемешивания и выдерживать при этой постоянной температуре, то, ожидается, зимний бетон (далее, ЗБ) будет развивать прочность на сжатие так же быстро как контрольный бетон выдержанный при +5С. В условиях строительства, где охлаждение может занять несколько дней, бетонные структуры, такие как бордюрные и пешеходные части моста могут быть введены в эксплуатацию менее чем через неделю (Korhonen et al. 2004). Это сравнимо с тем, что происходит летом (????). Не обнаружено, что системы добавок для ЗБ (ускорители) уменьшают сопротивляемость бетона замораживанию-оттаиванию. Когда бетоны, зимний и нормальный, оба без вовлечённого воздуха испытывались в соответствии с ASTM C666/C666M, Procedure B, то они сходным образом не прошли испытание, не достигнув показателя 300 циклов замораживания-оттаивания. Когда бетоны, зимний и нормальный были с достаточным содержанием воздуха, то ни один из них не претерпел значительных ухудшений после прохождения 300 циклов замораживания-оттаивания. По данным эксперимента ЗБ оказался более долговечным, чем контрольный бетон (насколько никто не знает)

19.10 Контроль качества
Поскольку, в ЗБС применяют высокие дозировки добавок, необходимо качественное перемешивание. Основополагающим вопросом для каждой конструкции является вопрос: «когда её можно использовать?». Хотя имеется определённое количество методов разрушающего и неразрушающего контроля, которые могут быть применены, предпочтительным методом является определения фактора зрелости бетона как было описано в ACI 306R. Определение точки замерзания бетонной смеси является критически важным. Точка замерзания зависит от типа и дозировки добавки, а также от количества воды в замесе. Вода в замесе суммируется из прибавляемой воды, влажности инертных материалов и воды добавок. Хотя дозировка воды и добавок в замесе может тщательно контролироваться, общее количество воды в отгрузке может варьироваться в пределах нескольких процентов (ха, ха, ха) по причине разницы во влажности инертных материалов и склонности миксеристов быть тупыми обезьянами и гондурасить с водой на стройплощадке. Колебания влажности становятся действительно значимыми, если куча щебня покрыта значительным слоем снега; реальная точка замерзания бетонной смеси может сильно отличаться от желаемой. До тех пор пока лучший метод не разработан, применяется устаревший метод определения точки замерзания свежеуложенного бетона в полевых условиях, предложенный Korhonen сотоварищи (2004). Измерения начинают формованием нескольких 50.8 x 101.6 mm цилиндрических образцов с установкой термопар в их срединные части, далее образцы помещают в сумку холодильник с сухим льдом. Далее, непереводимая игра слов. Насколько я понял, замерзание определяют по изменению теплопроводности материала и в координатах температура-время ожидают, когда произойдет изменение характера зависимости т.е. когда теплопроводность воды измениться на теплопроводность льда. Точка замерзания на графике определяется как флуктуация связанная с выделением тепла «теплоты плавления». Необходимая точность определения – десятые доли градуса Цельсия. Если точка замерзания не определяется бетонная смесь должна быть отказана для работы, соответствующее условиям количество добавки должно быть введено в бетонную смесь или бетонируемая структура должна иметь защиту от раннего замораживания.

16.02.2020

To be continued...