Как известно, первый патент на суперпластификаторы (СП) был получен 70 лет назад, массовое применение добавки получили в 60-е годы прошлого века. В бывшем СССР промышленный выпуск СП Полипласт СП-1 осуществлен в 1978 г. СП разрабатывались для:
- получения литых бетонных смесей без изменения водосодержания смеси;
- получения бетонов высокой прочности, плотности и водонепроницаемости за счет снижения величины водоцементного отношения при уменьшении водосодержания бетонной смеси без изменения расхода цемента;
- снижения расхода цемента и воды по техническим (уменьшение усадки) и экономическим соображениям.
В соответствии с отечественными нормами при применении СП:
- должно обеспечиваться снижение водопотребности бетонной смеси не менее чем на 20 % от первоначального водосодержания;
- должно обеспечиваться увеличение подвижности бетонной смеси от марки П1 (О.К. = 2-4 см) до П5 (О.К. более 20 см) при неизменном водосодержании смеси;
- не допускается снижение прочности при неизменном составе смеси (В/Ц = cоnst) во все сроки твердения.
Кроме того, допускаются побочные эффекты, например, повышенное воздухововлечение в бетонную смесь, повышение усадки и ползучести бетона. В некоторых зарубежных нормах допускается снижение прочности не более 10% в «равносоставных» бетонах.
Сегодня в технологии бетона применяются супер- и гиперпластификаторы на различной химической основе (табл. 1). Практически все они представлены на отечественном рынке добавок. В России крупными партиями промышленностью производится суперпластификатор-разжижитель Полипласт СП-1.
Таблица 1
Современные супер- и гиперпластификаторы
Соединения Нафталиноформальдегидные Меламиноформальдегидные Поликарбоксилатные Акрилатные Некоторые представители Полипласт СП-1 Melment F10 Группа Melflux Flux-1 Водопонижающий (водоредуцирующий) эффект 23–28% 23–28% Более 30% Более 30% Рекомендуемые дозировки % от массы цемента в пересчете на сухое вещество 0,4–0,8 0,4–0,8 0,2–0,4 0,2–0,4 Ориентировочная стоимость, руб/кг 30 Более 100 Более 300 Более 300
Отсутствие объективных данных о сопоставительной эффективности добавок, рациональной области их применения затрудняет работу практиков и не способствует повышению эффективности и качества бетонных работ. Безусловно, только экономический критерий оценки не может быть принят безоговорочно при принятии технологических решений. В данной работе предлагается методология оценки эффективности применения СП в бетоне.
Как известно, пластифицирующий эффект добавок зависти от типа цемента, типа заполнителей, расхода цемента и ряда других факторов. Изменение свойств бетона (повышение прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, снижение усадки и др.) при применении СП в основном связано с уменьшением величины водоцементного отношения (В/Ц) при применении равноподвижных бетонных смесей.
Кроме того, определенную роль в изменении, например, морозостойкости, оказывает дополнительное воздухововлечение при применении СП, которое, в свою очередь, определяется консистенцией смеси, типом цемента и песка, составом смеси. На усадку бетона повлияет, например, изменение объемной концентрации цементного камня в бетоне при снижении водосодержания и расхода цемента и т.д. В связи с этим для решения сформулированной задачи сопоставительной оценки эффективности СП необходимо прежде всего принять методику, которая позволяла бы учитывать все указанные выше нюансы.
В последние годы в Ростовском государственном строительном университете (РГСУ) [1-3] в основном разработаны принципы оценки эффективности СП в бетоне (аналогичные предложения по некоторым позициям независимо предложены в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии (ГАСА) [4, 5]). Оценка эффективности СП по разработанной автором методике сводится к нижеизложенным основным положениям.
Поскольку при применении СП возможно изменение величины В/Ц, естественно, произойдет изменение всех свойств бетона, связанных с В/Ц (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, усадка и др.) Для учета указанного факта все результаты целесообразно приводить к значениям при равной величине В/Ц, используя для этого известные в бетоноведении формулы (табл. 2).
Таблица 2
Основные зависимости «свойство бетона – величина В/Ц»
Свойства бетона Формула Пояснения Предел прочности при сжатии k – учитывает качество заполнителейRЦ – активность цементаА – приведенная прочность Морозо-стойкость F = kRЦ(Ц/В-b) =f(Ц/В-b) f – приведенная морозостойкость Водонепроницаемость W = kRЦ(Ц/В-b) =w(Ц/В-b) w – приведенная водонепроницаемость Усадка ?SH,b; ?SH,C – соответственно усадка бетона и усадка цементного камня (базовая усадка);VЗ – объемная концентрация заполнителей;f(В/Ц) - зависимость усадки от В/Ц Ползучесть С0 = aCr RbX С0 – мера ползучести;Rb = f(В/Ц)aCr – приведенная мера ползучести Модуль упругости Rb = f(В/Ц)M – приведенный модуль упругости Вывод: Rb; F; W; ?SH,b; C0; E0 = f(В/Ц)
Для устранения влияния заполнителей и состава бетона оценка эффективности СП проводится с использованием цементного теста, а не бетона. В качестве эталона используется тесто без добавки с фиксированной текучестью (при оценке добавок для получения литых смесей оценку текучести целесообразно производить, например, применяя вискозиметр Суттарда, при оценке добавок для высокопрочных и плотных бетонов – на встряхивающем столике). Оценку можно производить как при различных, так и при одинаковых дозировках. Вводя предусмотренные программой исследований дозы СП, подбирают водосодержание цементных паст равной консистенции.
Из цементных паст формуют образцы, например, 40х40х160 мм для определения показателей прочности, усадки, модуля упругости, ползучести и др. Определение соответствующих показателей качества выполняется по любой обоснованной методике в марочном или ином возрасте. Далее по результатам испытаний рассчитываются показатели эффективности СП:
1. Показатель водопонижающего эффекта (водоредуцирующая способность СП)
(1)
где: В0, ВSP – соответственно водосодержание смеси исходной и с СП.
Физический смысл показателя – на сколько процентов снижается водосодержание смеси относительно первоначального при неизменной консистенции (равной подвижности) смеси.
2. Показатель потенциального повышения прочности бетона за счет снижения величины В/Ц
, (2)
где ВSP; B0 – соответственно водосодержание смеси с СП и исходной.
Физический смысл показателя – во сколько раз должна повысится прочность камня, изготовленного из равноподвижной смеси с СП, относительно прочности эталонного камня без добавки.
3. Показатель влияния СП на формирование прочности цементного камня (показатель гидратационной активности цемента в присутствии суперпластификатора [4])
К = АSP / A0, (3)
где: АSP, A0 – соответственно приведенная прочность цементного камня с СП и эталонного (без добавки).
Физический смысл показателя – во сколько раз изменяется прочность камня, изготовленного из смеси с СП при неизменной относительно эталонного состава величине В/Ц. Показатель может определяться как в марочном, так и в раннем возрасте, в этом случае выявляется влияние СП на процессы гидратации в ранние сроки твердения. Следует отметить, что указанный показатель может быть определен и по результатам испытаний бетонов. Между величиной КБ, определенной по результатам испытаний бетонов, и величиной КЦ, определенной по результатам испытаний цементного камня по приведенной выше методике, существует зависимость [3] КБ = 1,24 КЦ.
4. Показатель фактического повышения прочности при применении СП (равноподвижные смеси при одинаковом содержании цемента):
С = КZ, (4)
Физический смысл показателя – во сколько раз увеличится прочность цементного камня при применении СП за счет снижение величины В/Ц в равноподвижных смесях.
5. Показатель влияния СП на деформации усадки:
S = ?SHФ / ?SH0, (5)
где ?SHФ, ?SH0 – соответственно фактическая деформация усадки цементного камня с СП и без добавки, приведенная к значению при равной с СП величине (В/Ц)SP по формулам:
?SHO = ?SHЭ (f(В/Ц)SP / f(В/Ц)Э), (6)
f(В/Ц) = 1,98 В/Ц + 0,198, (7)
где: ?SHЭ – значение усадки эталонного состава при его фактическом В/Ц = (В/Ц)Э.
Физический смысл показателя – во сколько раз повысится (S>1) деформация усадки цементного камня при применении СП при неизменном составе, т.е. при постоянной величине В/Ц.
6. Показатель влияния СП на деформации ползучести:
(8)
где: aCr,SP, aCr,0 – приведенная мера ползучести цементного камня с СП и эталонного;
АSP, A0 – приведенная прочность цементного камня с СП и эталонного;
СSP, C0 – фактическая мера ползучести цементного камня с СП и эталонного, полученная при испытаниях.
Физический смысл показателя – во сколько раз изменится мера ползучести цементного камня при применении СП при неизменном составе, т.е. при постоянной величине В/Ц.
7. Показатель влияния СП на модуль упругости цементного камня:
e = MSP / M0, (9)
где: MSP , M0 – соответственно приведенный модуль упругости цементного камня с СП и эталонного, определяется по формуле:
(10)
где Е – фактическое значение модуля упругости цементного камня при испытаниях;
А – приведенная прочность цементного камня.
Физический смысл показателя – во сколько раз изменится модуль упругости цементного камня при применении СП при неизменном составе, т.е. при постоянной величине В/Ц. Оценка М позволяет прогнозировать изменение модуля упругости и в известной степени управлять его величиной [6].
8. Показатель экономической эффективности применения СП для повышения прочности бетона:
(11)
где: D – дозировка СП, %;
Ц0 – расход цемента, кг/м3 в эталонном составе;
R0 – прочность бетона эталонного состава;
С – показатель фактического повышения прочности по п.4;
СS – стоимость СП, руб/кг.
Физический смысл показателя – стоимость, руб/м3, повышения предела прочности бетона при сжатии на 1 МПа.
9. Показатель экономической эффективности применения СП для повышения подвижности бетонной смеси:
(12)
где: ?В – снижение водосодержания бетонной смеси при применении СП.
Физический смысл показателя – стоимость, руб/м3, повышения подвижности бетонной смеси на 1 см О.К.
По изложенной выше методике произведено сравнение эффективности широкой номенклатуры пластификаторов и суперпластификаторов отечественного и импортного производства. Использованы портландцементы ПЦ 500 Д0 ПО «Осколцемент», «Новоросцемент», Подгоренского завода, а также импортные, соответствующие нормам ENV 197-1 и BS 12. Дозировка добавок составляла от 0,2 до 0,8% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Некоторые результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Некоторые критерии эффективности различных пластификаторов и СП
Суперпластификатор Критерии эффективности ?Втребование?Вmin=20% Zтребование zmin = 1,363 KТребование Kmin = 0,806 Стребование Сmin=1,0 S С-3 12,5 – 26,9 1,204 – 1,546 0,582 – 0,932 0,77 – 1,223 1,09 – 1,624 Melment F10 23,0 – 26,9 1,439 – 1,546 0,713 – 0,936 1,03 – 1,39 0,91 – 1,445 Peramin 23,0 – 26,9 1,439 – 1,546 0,768 – 0,841 1,06 – 1,21 1,2 – 1,258 Isola 12,5 – 26,9 1,204 – 1,546 0,733 – 1,036 0,93 – 1,25 0,518 – 1,03 BW11 10,9 – 23,0 1,174 – 1,439 0,617 – 1,258 1,07 -1,477 1,32 BW14 10,9 – 23,0 1,174 – 1,439 0,695 – 1,103 1,03 – 1,29 1,22 Super flow 19,2 – 25,0 1,345 – 1,49 0,78 – 0,97 1,364 0,97 Melflux PP100F 32,7 1,733 0,4 – 0,67 0,645 – 0,89 0,5 – 0,87 Melflux PP200 19,2 – 32,7 1,345 – 1,733 0,564 – 0,817 0,758 – 1,451 0,62 – 1,37 Melflux 2641 24,0 – 32,0 1,464 – 1,708 0,766 – 0,828 1,122 – 1,414 1,116 – 1,69 Melflux 2651 20,0 – 26,0 1,363 – 1,519 0,787 – 0,806 1,073 – 1,225 1,369–0,657 Plastin 1,9 – 19,2 1,027 – 1,345 0,709 – 1,133 0,728 – 1,523 ПФМ-НЛК 18,3 1,325 0,965 1,279 Линамикс 14,3 1,239 0,365 0,452 НФ 18,3 1,325 0,888 1,171 Dinamon SP (flux-1) 25,5 - 25,9 1,505 - 1,517 0,727- 0,82 1,094 – 1,24 1,32 Реламикс 14,3 1,238 1,356 1,678
В табл. 3 представлены данные [5], обработанные по представленной выше методике (исследования [5] проведены на цементах «Вольскцемент», «Мордовцемент», «Себряковцемент», «Осколцемент»).
Таблица 3
Критерии эффективности различных пластификаторов и суперпластификаторов по данным [5]
Суперпластификатор Критерии эффективности ?ВТребование?Вmin=20% zТребование zmin = 1,363 KТребование kmin = 0,806 CТребованиеСmin = 0,806 С-3 24,0 – 28,0 1,464 - 1,578 0,662 - 0,735 1,033 – 1,076 Melment F10 24,0 – 26,0 1,464 - 1,519 0,817 - 0,832 1,2 – 1,24 Melflux PP100F 32,0 1,708 0,534 0,91 Melflux 2641 32,0 1,708 0,566 0,967 Melflux 1641 32,0 1,708 0,528 0,9
Очевидно достаточно хорошее соответствие результатов, полученных в различных лабораториях с применением различных цементов, что свидетельствует о приемлемой воспроизводимости рассмотренной выше методики оценки эффективности добавок. Данные табл.2 и 3 показывают, что суперпластификатор-разжижитель Полипласт СП-1 при анализе эффективности по наилучшим результатам вполне соответствует уровню качества известных импортных аналогов melment F 10, peramin, flux-1. Данные табл. 4 показывают, что при применении СП с целью получения высокопрочных бетонов только melment F10 в отдельных случаях может конкурировать с Полипласт СП-1 по экономическим показателям, а при применении добавок для получения литых смесей экономические преимущества Полипласт СП-1 бесспорны.
Таблица 4
Критерии экономической эффективности некоторых суперпластификаторов
Критерии Суперпластификаторы "Полипласт СП-1" Melment F10 Melflux Flux-1 ЭR 3,93 – 11,67 10,83 – 20,37 (-54) – 6,5 15,43 ЭП 40 – 4,87 15,71 – 19,13 9,36 – 17,05 12,7
Конечно, в отдельных случаях чисто по техническим показателям применение нерациональных по экономическим критериям СП неизбежно, поскольку требуемый уровень свойств с применением других добавок может быть недостижим. Но в массовом производстве при условии обеспечения требуемого технического уровня качества, конечно же, следует прежде всего ориентироваться на экономически выгодный СП, т.е. Полипласт СП-1, тем более что Полипласт СП-1, выпускаемый отечественной промышленностью с 1978г., является достаточно хорошо изученной и проверенной в отечественной практике добавкой [7].
Дальнейшие исследования посвящены оценке стабильности свойств Полипласт СП-1 различных партий в сочетании с различными цементами. В табл. 5 представлены данные об изменчивости критериев Z и К, полученные на различных цементах (посредством обработки опубликованных результатов по изложенной выше методике).
Таблица 5
Критерии Z и К суперпластификатора Полипласт СП-1
Данные
Количество цементов Критерии К Z Диапазон среднее V* диапазон среднее V Калашников В.И. и др. 6 0,61-0,86 0,77 0,11 1,157-1,915 1,369 0,174 Комохов П.Г. 1 - 0,59 - - 1,345 - Макридин Н.И. и др. 1 - 0,83 - - 1,517 - Баженов Ю.М. и др. 1 - 1,03 - - 1,277 - Батраков В.Г. и др. 1 0,888-0,928 0,905 0,03 1,269-1,524 1,397 0,129 Демьянова В.С. и др. 4 0,662-0,735 0,701 0,052 1,464-1,578 1,502 0,044Примечание: *V – коэффициент вариации величины
Представленные в табл. 5 данные свидетельствуют о достаточно высокой изменчивости критериев эффективности Полипласт СП-1, полученных на разных цементах в разных лабораториях. Нестабильность показателей может зависеть от:
- различий в методике выполнения измерений;
- влияния вида цемента (химико-минералогического и вещественного состава, тонкости помола и др.);
- влияния стабильности свойств Полипласт СП-1 в партиях.
Для исключения влияния различий в методике измерений в РГСУ выполнены исследования с применением различных цементов и партий СП. В таблице 6 представлены данные о водоредуцирующей способности Полипласт СП-1 при использовании различных цементов.
Таблица 6
Критерии ?В и Z суперпластификатора Полипласт СП-1 с различными цементами
Критерии Цементы «Осколцемент» «Новоросцемент» Подгоренский BS 12 EN 197 ?В 23–27 23 23,5 23 12,5 Z 1,437–1,548 1,437 1,45 1,437 1,204
Данные табл. 6 свидетельствуют о том, что практически водоредуцирующая эффективность Полипласт СП-1 достаточно стабильна для низко и среднеалюминатных цементов. В этом случае средняя величина 24%, коэффициент вариации 0,08, доверительный интервал 20–28%, т.е. с вероятностью 0,95 Полипласт СП-1 обеспечивает снижение водопотребности смеси не менее чем на 20%, что соответствует требованиям ГОСТ. Исключение составляет высокоалюминатный цемент ENV 197-1. Такой вывод не является новым [7].
В табл. 7 представлены данные об эффективности Полипласт СП-1 при использовании цементов разных заводов («Осколцемент» и «Новоросцемент») и различных партий Полипласт СП-1.
Таблица 7
Критерии К и Z для различных партий цементов и Полипласт СП-1
ПоказателиЭффективности Суперпластификатор Партия 1 Партия 2 Цемент 1 2 1 1 Z 1,439 1,439 1,439 1,439 K 0,639 0,811 0,658 0,854
Очевидно, что независимо от цемента любая партия Полипласт СП-1 обеспечивает одинаковую водоредуцирующую способность. Необходимо отметить, что оба цемента характеризуются примерно одинаковым содержанием С3А. Несколько иначе обстоит дело с показателем влияния Полипласт СП-1 на формирование прочности цементного камня: на величину показателя влияет «происхождение» цемента, причем характер влияния хорошо сохраняется независимо от партии Полипласт СП-1. В целом можно сделать вывод о том, что показатели эффективности Полипласт СП-1 в большей степени зависят от цемента и в меньшей степени от партии СП (табл. 8).
Таблица 8
Стабильность критерия К для Полипласт СП-1
Критерий К Для Цемента 1 Для цемента 2 Для С-3 партия 1 Для С-3 партия 2 Общий Среднее значение 0,6485 0,8325 0,725 0,756 0,7405 Коэффициент вариации 1,47 % 2,58 % 11,86 % 12,96 % 17,85 %
Сделанный вывод, имеющий очень важное практическое значение, подтверждается данными табл. 9.
Таблица 9
Значения критериев эффективности Полипласт СП-1 для цемента одного завода
Данные Z K Автора 1,439 0,69-0,71 Демьяновой В.С. [5] 1,464 0,706
Таким образом, определив критерии эффективности Полипласт СП-1 для цементов, используемых в строительном комплексе в конкретном регионе, можно выбрать наиболее целесообразные сочетания «цемент – СП» для различных целей. Влияние изменения свойств Полипласт СП-1 от партии к партии (при условии соответствия Полипласт СП-1 ТУ) будут, как следует из приведенных выше данных, незначительными.
Поскольку выявлена возможность негативного влияния СП на процесс формирования прочности цементного камня, необходимо ответить на вопрос: обусловлено это влияние торможением процесса гидратации, избыточным воздухововлечением или обоими факторами. На рис. 1 представлены данные об изменении температуры системы «цемент + вода + СП» в условиях термосного выдерживания по данным [7].
Рис. 1. Изменение температуры системы «цемент + вода + СП»
в зависимости от дозировки Полипласт СП-1
Из рис.1 очевидно, что с повышением дозировки Полипласт СП-1 отмечается отставание в разогреве системы в ранний период. В дальнейшем интенсивность разогрева в присутствии Полипласт СП-1 повышается при дозировке не более 0,7%. С повышением дозировки до 1% отмечается явно выраженное влияние Полипласт СП-1 на разогрев системы, что можно интерпретировать как торможение процесса гидратации цемента в присутствии СП в ранний период твердения.
На рис. 2 представлены результаты аналогичных исследований, выполненных в РГСУ с применением Полипласт СП-1 различных партий.
Рис. 2 Изменение температуры системы «цемент + вода + СП»
в зависимости от дозировки и партии Полипласт СП-1
Данные рис. 2 также свидетельствуют о влиянии Полипласт СП-1 на кинетику тепловыделения и, следовательно, кинетику гидратации цемента. Отчетливо фиксируется отставание разогрева системы в ранний период. Хорошо видно, что для Полипласт СП-1 первой партии дозировка мало влияет на характер кривых изменения температуры. Для Полипласт СП-1 второй партии при дозировке 0,8% характер повышения температуры аналогичен, а общее тепловыделение даже выше. Повышение дозировки до 2,4% несколько тормозит процесс тепловыделения в ранний период. В табл. 10 представлены данные о суммарном тепловыделении за первые 30 часов твердения цемента с Полипласт СП-1.
Таблица 10
Суммарное тепловыделение цемента за первые 30 часов твердения в присутствии СП С-3, кДж/кг (%)
Дозировка Полипласт СП-1 Цемент 1 Цемент 2 Суперпластификатор Партия 1 Партия 2 Партия 1 Партия 2 0 189 (100) 189 (100) 260,3 (100) 260,3 (100) 0,8 189 (100) 171 (90,5) 270,6 (104) 206 (79) 1,6 199,6 (105,6) - - - 2,4 230,6 (122,0) 160 (84,6) 205,6 (79) 199 (76,5)
Как следует из данных табл.10, СП Полипласт СП-1 может негативно влиять на тепловыделение цемента в ранние сроки твердения, что свидетельствует о торможении процесса гидратации. Но это характерно не для всех партий СП. Может иметь место и противоположный эффект – положительное влияние Полипласт СП-1 на гидратацию цемента в ранний период. Это связано с составом Полипласт СП-1 и подробно рассмотрено в [7]. Выявить это влияние для конкретной партии Полипласт СП-1 не сложно.
На рис. 3 представлены данные о влиянии дозировки СП на прочность цементного камня [8].
Рис. 3. Влияние дозировки СП на прочность бетона
Как очевидно из представленных данных, при дозировке Полипласт СП-1 не более 0,78% относительная прочность бетона составляет не менее 100%, т.е. не фиксируется отрицательное влияние Полипласт СП-1 на формирование прочности бетона. Как известно, рекомендуемая дозировка Полипласт СП-1 составляет 0,4–0,8%, следовательно, соблюдение практических рекомендаций в принципе должно исключить негативное влияние СП на формирование прочности.
Изменение подвижности бетонной смеси при введении СП Полипласт СП-1 ориентировочно можно определить по формуле:
? О.К. = 12,5 D + 9, (13)
где: ? О.К. повышение осадки конуса, см;
D – дозировка "Полипласт СП-1", % от массы цемента.
Формула (13) справедлива для бетонных смесей с начальной подвижностью 2–4 см, изготовленных c расходом низко или среднеалюминатного цемента 350–500 кг/м3 при 0,4 < D < 0,8%.
Расчет состава бетона с СП Полипласт СП-1 целесообразно производить в зависимости от цели применения Полипласт СП-1 в следующей последовательности:
1. В случае применения Полипласт СП-1 для получения высокоподвижных (литых) бетонных смесей:
- традиционным способом определяется водосодержание В0 бетонной смеси для обеспечения величины О.К. = 2–4 см с учетом свойств материалов;
- определяется дозировка Полипласт СП-1 по ф. (13);
- определяется величина Ц/В0 (или В0/Ц), обеспечивающая значение требуемой прочности бетона R, например, из формулы
(14)
где:
a – коэффициент, принимаемый в зависимости от качества заполнителей от 0,55 до 0,65;
RЦ – активность цемента, МПа;
К - показатель влияния СП на формирование прочности цементного камня, принимается для Полипласт СП-1 по фактическим данным, при их отсутствии в среднем 0,75 (от 0,65 до 0,85);
d – переходной коэффициент для прочности бетона, принимается, как уже отмечалось выше, равным 1,24 [3].
Далее расчет состава бетона выполняется по известным методикам.
2. В случае применения Полипласт СП-1 для повышения предела прочности бетона за счет снижения величины В/Ц:
- принимается предельная рекомендуемая дозировка Полипласт СП-1 0,8 %. Возможно применение более высоких дозировок при соответствующем обосновании.
- традиционным способом определяется водосодержание В0 бетонной смеси для обеспечения заданной величины подвижности бетонной смеси (марки бетонной смеси по удобоукладываемости) с учетом свойств материалов;
- определяется величина требуемого водосодержания бетонной смеси с учетом водоредуцирующего эффекта Полипласт СП-1
ВSP = В0(1-?В/100), (15)
Где: ?В принимается равным 20–28% или по фактическим данным;
- определяется величина Ц/В0 (или В0/Ц), обеспечивающая значение требуемой прочности бетона R по ф. (14).
Далее расчет состава бетона выполняется по известным методикам.
3. В случае применения Полипласт СП-1 для снижения расхода цемента при неизменной подвижности бетонной смеси и прочности бетона:
- принимается предельная рекомендуемая дозировка Полипласт СП-1 0,8%;
- традиционным способом определяется водосодержание В0 бетонной смеси для обеспечения заданной величины подвижности бетонной смеси (марки бетонной смеси по удобоукладываемости) с учетом свойств материалов;
- из формулы:
(16)
где: t = 0,34-0,37 в зависимости от качества заполнителей, определяется величина ВSP /ЦSP , обеспечивающая требуемую прочность бетона.
- определяется величина требуемого водосодержания бетонной смеси по ф. (15).
Далее расчет состава бетона выполняется по известным методикам.
При использовании Полипласт СП-1 с целью снижения расхода цемента экономия цемента составит ?Ц = Ц0 – ЦSP = bЦ0, и может достигать величины от 0,05Ц0 до 0,27 Ц0.
Величина показателя b может быть определена по формуле:
(17)
На рис. 4 представлена зависимость показателя снижения расхода цемента от критериев эффективности суперпластификатора ?В и К.
Рис. 4. Зависимость показателя снижения расхода цемента от критериев эффективности СП
Как следует из рис. 4, для обеспечения снижения расхода цемента более чем на 5% от расхода цемента в смеси без СП целесообразно использовать Полипласт СП-1 с показателем К не менее 0,7 при величине водопонижающего эффекта не менее 21%.
Экономическая целесообразность применения Полипласт СП-1 для экономии цемента может быть предварительна определена по формуле:
bCЦ > 10(1-b)DC-3 CC-3, (18)
где:
СЦ – стоимость цемента, руб/т;
СС-3 – стоимость Полипласт СП-1, руб/кг;
DC-3 – дозировка Полипласт СП-1, % от массы цемента;
b – показатель снижения расхода цемента (b = 0,05–0,22).
Минимальное значение показателя снижения расхода цемента b, при котором целесообразно применять Полипласт СП-1 для экономии цемента, определяется из ф. (18):
(19)
Размер экономического эффекта от применения Полипласт СП-1 на 1 м3 бетона может быть определен как:
Э = bCЦ – 10(1-b)DC-3CC-3, (20)
На рис. 5 представлена величина экономического эффекта от стоимости Полипласт СП-1, стоимости цемента и показателя снижения расхода цемента (дозировка Полипласт СП-1 0,8%).
Рис. 5 Снижение себестоимости 1 м3 бетонной смеси за счет сокращения расхода цемента при применении Полипласт СП-1.
С=30 – стоимость С-3 30 руб/кг;
b=0,15 показатель снижения расхода цемента 0,15.
Допуская заинтересованность производителей бетонных смесей порядка 5% себестоимости материалов, получим, что при современном уровне цен на цемент (примерно 1750 руб/т) целесообразно использовать Полипласт СП-1 для экономии цемента при величине критерия K > 0,75, критерия ?В > 23% при стоимости Полипласт СП-1 примерно 30 руб/кг. С повышением стоимости цемента экономический эффект от применения Полипласт СП-1 возрастет.
Выводы:
1. Целесообразно в каждом регионе произвести оценку эффективности Полипласт СП-1 в сочетании с используемыми в регионе цементами и определить критерии эффективности. Величина критериев в большей степени зависит от цемента и в значительно меньшей степени от партии Полипласт СП-1, поэтому результаты оценки будут достаточно стабильны. По результатам оценки выбираются наиболее эффективные цементы для применения с Полипласт СП-1.
2. В связи со значительны изменением стоимости цемента с мая 2005 г. весьма целесообразно применять Полипласт СП-1 для экономии цемента в составе бетона. Наиболее целесообразно использовать в этом случае цементы, обеспечивающие с Полипласт СП-1 значения критериев ?B > 23%, K > 0,75.
Литература
1. Несветаев Г.В., Тимонов С.А., Чмель Г.В. К оценке эффективности суперпластификаторов / Железобетон, строительные материалы и технологии в третьем тысячелетии.- Ростов-на-Дону: РГСУ, 2001.- С. 26-28.
2. Несветаев Г.В., Налимова А.В. Оценка суперпластификаторов применительно к отечественным цементам // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: материалы 2-й межд. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2002. – С. 269-274.
3. Оценка эффективности суперпластификаторов/Г.В. Несветаев, Г.В. Чмель, М.А. Ужахов и др.// Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: материалы 3-й межд. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2004. – С. 426-432.
4. Калашников В.И., Демьянова В.С., Борисов А.А. Классификационная оценка цементов в присутствии суперпластификаторов для высокопрочных бетонов//Известия вузов. Строительство. - 1999. - № 1. – С. 39-42.
5. Быстротвердеющие цементные композиции повышенной гидрофобности / Демьянова В.С., Калашников В.И., Ильина И.Е., Кудашов В.Я. // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: восьмые академические чтения РААСН. – Самара, 2004. – С. 152-155.
6. Несветаев Г.В. Применение модификаторов с целью управления модулем упругости бетонов / Новые научные направления строительного материаловедения: Академические чтения РААСН. – Белгород, 2005. – С.51-57 (часть 2).
7. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. – М.: Стройиздат, 1990. – 400с.
8. Несветаев Г.В. Влияние дозировки суперпластификатора на прочность цементного камня/Строительство – 2003: материалы межд. конф. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2003.