Рекомендации по применению кремнийорганических добавок при строительстве цементобетонных покрытий дорог и аэродромов

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ. Союздорнии, Балашиха-6 Московской обл., 1970.

Приведены основные свойства дорожного бетона с добавками кремнийорганических соединений полигидросилоксанового типа (ГКЖ-94) и силиконатов натрия (ГКЖ-10, ГКЖ-11), их преимущество перед воздухововлекающими добавками: СНВ, мылонафтом, асидол-мылонафтом, применяемыми в настоящее время для повышения долговечности дорожного бетона; требования к добавкам; технология изготовления бетонов с добавками кремнийорганических соединений; описана технология приготовления эмульсии ГКЖ-94 на различных эмульгаторах в мешалках непрерывного действия ЦНИИС и периодического Союздорнии; даются рекомендации по эффективному применению добавок с учетом климатических факторов (среднемесячной температуры наиболее холодного месяца, количество дней с гололедом); требования по технике безопасности. Приведено количество дней с гололедом в областях и краях РСФСР, двух прибалтийских республиках и БССР.

Табл. - 1, рис. - 2.

Предисловие

«Рекомендации по применению кремнийорганических добавок при строительстве цементобетонных покрытий дорог и аэродромов» составлены на основании результатов лабораторных исследований и полевых опытно-экспериментальных работ.

В «Рекомендациях» приведены основные свойства дорожных бетонов с добавками кремнийорганических соединений, требования к добавкам, технология приготовления бетонов с добавками кремнийорганических соединений, область применения добавок, а также требования по технике безопасности. Использованы результаты исследований НИИЖБ и ЦНИИС Минтрансстроя СССР.

«Рекомендации» составили канд. техн. наук А.Н. Защепин, инж. Н.Н. Янбых.

Все замечания и предложения по «Рекомендациям» просьба направлять по адресу: Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

ЗАМ. ДИРЕКТОРА СОЮЗДОРНИИ

кандидат технических наук

Н.В. Горелышев

Общие положения

Хлористые соли, применяемые для удаления гололеда, образуют на поверхности цементобетонных покрытий растворы 3 - 5 %-ной концентрации, которые в сочетании с переменным замораживанием и оттаиванием вызывают интенсивное шелушение покрытий. Шелушение бетона обычно наступает после 25 - 30-кратной россыпи солей на покрытие.

Для предотвращения разрушения бетона от совместного многократного воздействия растворов хлористых солей и мороза широко применяют воздухововлекающие добавки типа СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая - абиетат натрия), мылонафт и др. Применением воздухововлекающих добавок количество воздуха в бетоне в виде замкнутых мелких пор доводят до 4,5-5 %. Этим самым увеличивают стойкость бетона против агрессивного воздействия растворов хлористых солей и мороза в 5 - 6 раз.

Увеличение количества воздуха до 4,5 - 5 % может привести к снижению механической прочности бетона при сжатии на 20 - 25 % и на растяжение при изгибе до 15%.

Прочность бетона удается повысить за счет пластифицирующего действия воздухововлекающих добавок и уменьшения в бетонной смеси песка на 2 - 3 %, однако полностью восстановить прочность бетона при одном и том же расходе цемента, используя воздухововлекающие добавки, не всегда возможно. Поэтому исследовали дорожный бетон с добавками гидрофобных кремнийорганических жидкостей, которые существенно увеличивают стойкость бетона против агрессивного воздействия хлористых солей и мороза и одновременно не вызывают снижения его механической прочности.

Эффективные результаты получены при применении гидрофобной кремнийорганической жидкости - полигидросилоксана, - выпускаемой промышленностью под индексом ГКЖ-94. При введении ГКЖ-94 в бетонную смесь в количестве 0,1 - 0,15 % от веса цемента существенно повышается морозостойкость бетона при многократном действии на него хлористых солей и мороза.

Действие этой добавки на бетон существенно отличается от действия воздухововлекающих добавок. При введении в бетон воздухововлекающих добавок типа СНВ и мылонафта вовлеченный воздух стабилизируется на зернах мелкого заполнителя (песка), ослабляя при этом контактную зону. При введении же добавки ГКЖ-94 происходит химическое взаимодействие добавки с продуктами гидролиза и гидратации цемента. За счет выделения газа образуется мелкопористая структура цементного камня с объемом пор не более 1 - 2 %, при этом цементный камень с такой структурой не оказывает влияния на прочность бетона. Добавка ГКЖ-94 имеет еще одно важное преимущество перед СНВ. При применении воздухововлекающих добавок СНВ на количество вовлекаемого в бетонную смесь воздуха, кроме дозировки добавки, влияют еще многие факторы: подвижность бетонной смеси, расход цемента в смеси, зерновой состав мелкого заполнителя, тип бетономешалки, время перемешивания смеси, температура, жесткость воды, продолжительность и интенсивность уплотнения и др.

При применении же газообразующей добавки ГКЖ-94 на количество выделенного газа в бетоне, кроме дозировки добавки, влияют только расход цемента и температура смеси. Действие на бетон добавок ГКЖ-10 и ГКЖ-11 не отличается от действия воздухововлекающих добавок СНВ и мылонафта, но они обладают ограниченным воздухововлечением (5 - 6 %), что имеет важное значение для получения однородного по прочности и морозостойкости бетона (по сравнению с добавками СНВ, при введении которых количество вовлеченного воздуха может достигать 8 - 9 %, а в подвижных бетонных смесях с осадкой конуса 5 - 6 см и более).

Несмотря на существенные преимущества кремнийорганических добавок перед воздухововлекающими, их широкое применение в настоящее время ограничено из-за высокой стоимости. При существующих ценах на ГКЖ их применение целесообразно только в отдельных случаях, там, где бетон подвергается большому количеству циклов замораживания-оттаивания в растворах хлористых солей или где снижение прочности бетона может потребовать увеличения толщины покрытия.

Основные строительные свойства бетонов с добавками кремнийорганических соединений

1 . Добавки ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94 замедляют твердение бетонов в ранние сроки, особенно в первые сутки, но к 28-суточному возрасту прочность бетонов сравнивается с прочностью бетона без добавок.

2 . Добавки ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94 оказывают пластифицирующее действие на бетонные смеси, снижают ее расслаивание во время транспортирования и укладки, повышают водонепроницаемость бетона. При сохранении заданной подвижности смеси введение добавок ГКЖ-11 и ГКЖ-94 позволяет уменьшать величину В/Ц до 0,03, а при добавке ГКЖ-10 до 0,05.

3 . Добавка ГКЖ-94 значительно повышает морозостойкость бетона нормального твердения и подвергнутого тепловлажностной обработке, позволяет получать высокопрочные (марки «400» и более) и морозостойкие (марки «200» и более при испытании в растворах хлористых солей) бетоны (см. таблицу).

4 . Добавки ГКЖ-10, ГКЖ-11 повышают морозостой кость бетонов нормального твердения и позволяют получать по прочности бетоны марки «350» и морозостойкости при испытании в растворах хлористых солей бетоны марки «150» - «200».

Основные строительно-технические свойства бетонов с добавками кремнийорганических соединений.

5 . Добавка ГКЖ-94 в дорожный бетон на крупном заполнителе из известняка увеличивает его морозостойкость при испытании в растворах хлористых солей. Поэтому при строительстве дорожных покрытий из бетона на известняковом щебне следует, как правило, применять добавку ГКЖ-94.

Требования к добавкам

6 . Гидрофобизирующая и кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 должна соответствовать ГОСТ 10834 -64 и удовлетворять следующим требованиям:

• цвет: от бесцветного до бледно-желтого;
• содержание активного водорода в весовых процентах - 1,3 - 1,42;
• вязкость кинематическая в ССТ при 20 ° С в пределах 45 - 200;
• рН не менее 6.

ГКЖ-94 поставляется заводами в виде 100 %-ной жидкости, не смешивающейся с водой, в стеклянной таре - бутылях весом 20 кг с плотно притертыми пробками. Каждая партия кремнийорганической жидкости сопровождается соответствующим паспортом. До употребления жидкость необходимо хранить в крытых, не освещаемых солнцем складских помещениях при положительной температуре от 0 до 20 ° С (под действием солнечных лучей может произойти полимеризация жидкости). Срок хранения жидкости в нормальных условиях 6 месяцев и более.

7 . Кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 ж ГКЖ-11 в соответствии с техническими условиями МР ТУ 6-02-271-63 должны удовлетворять следующим требованиям:

• цвет: от желтого до светло-коричневого (осадка не допускается);
• содержание сухого остатка в весовых процентах 30 ± 5;
• щелочность (в пересчете на Na ОН ) в весовых процентах 15 ± 2;
• содержание кремния в весовых процентах не менее 4;
• плотность 1,19 ± 0,02 г/см³.

Поставляются заводами в виде водно-спиртовых растворов 30 %-ной концентрации этил и метилсиликонаты натрия. До употребления жидкость хранят в металлической таре при температуре от 0 до 30 ° С.

Технология приготовления бетонных смесей с добавками кремнийорганических соединений

8 . Добавки кремнийорганических соединений вводят в бетонные смеси с водой затворения.

9 . Добавку ГКЖ-94 вводят в бетонную смесь в виде 50 %-ной водной эмульсии. Эмульсию приготавливают в быстроходных смесителях при 8000 - 12000 об/мин (возможно применение электросмесителей с меньшим числом оборотов, но производительность значительно снижается). Эмульсии рекомендуется готовить в диспергаторе периодического действия, разработанном ПКБ Союздорнии по образцу выпускаемого в ГДР производительностью 40 - 50 л/час. Рекомендуемый диспергатор был опробован в производственных условиях при строительстве участков цементобетонного покрытия с кремнийорганическими добавками на дороге Москва-Калуга. При расходе эмульсии 0,7 - 1,0 л/на 1 м³ бетона одним диспергатором за смену можно приготовить эмульсии на 300 - 400 м³ бетона. При небольших объемах бетона для приготовления эмульсии рекомендуется использовать разработанную ЦНИИС мешалку непрерывного действия производительностью 20 л/час.

10 . Эмульсию в диспергаторе Союздорнии (рис. 1 ) приготавливают следующим образом: в воронку вливают заранее приготовленный раствор эмульгатора, затем включают электросмеситель, вливая в него маслянистую полигидросилоксановую жидкость 100 %-ной концентрации. Соотношение масла к раствору эмульгатора 1:1.

Для получения однородной и стабильной эмульсии рекомендуется полученный продукт пропускать через эмульгатор не менее 5 раз. При приготовлении эмульсии раствор эмульгатора и жидкость ГКЖ-94 должны быть абсолютно чистыми, без посторонних примесей (кусков бумаги, щепы и других предметов), так как это может привести к порче смесителя.

Готовую эмульсию сливают в тару, а смеситель тщательно промывают.

11 . Эмульсии в мешалке непрерывного действия ЦНИИС (рис. 2 ) приготовляют следующим образом: жидкость ГКЖ-94 и заранее приготовленный раствор стаби лизатора в соотношении 1:1 по весу заливают в загрузочные бачки. Из бачков через вентили жидкости поступают в мерные емкости, имеющие поплавковые указатели уровня, и из них через вентили в приемную камеру, где шнеком предварительно смешиваются компоненты эмульсии и смесь подается в мешалку с 8000 об/мин. Требуемую дисперсность эмульсии получают регулированием зазоров между диском и крышкой камеры и временем нахождения эмульсии в мешалке. Готовую эмульсию сливают в приемный бак.

12 . Приготовление эмульсии ГКЖ-84 необходимо проводить под контролем лаборатории.

13 . Однородность эмульсии и отсутствие механических примесей определяют фильтрованием под вакуумом через матерчатый фильтр на воронке Бюхнера. После фильтрования не должно оставаться посторонних включений.

Стабильность эмульсии проверяют следующим методом: в мерный цилиндр наливают 10 см³ эмульсии и 100 см³ воды. Содержимое цилиндра тщательно перемешивают в течение 1 мин и оставляют в покое на 2 часа. Эмульсия считается стабильной, если в течение этого времени в ней не наблюдается расслаивания.

Перед применением эмульсии необходимо проверять ее стабильность.

14 . Качество эмульсии во многом зависит от вида применяемого эмульгатора. Эмульсии, приготовленные на эмульгаторах сольвар, сопал, ОС-2, очень устойчивы и могут храниться в течение нескольких месяцев, не расслаиваясь.

Эмульсии, приготовленные на желатине, неустойчивы особенно при температуре 35 - 40 ° С. Их стабильность^х) всего несколько дней, и поэтому их необходимо использовать сразу же после приготовления.

^х) Под стабильностью понимается время, в течение которого эмульсия полностью сохраняет свои свойства, не расслаивается.

При расходовании эмульсии не сразу, а через некоторое время (месяц-два) после приготовления рекомендуется применять эмульгаторы, опробованные ЦНИИС, ОС-2^хх), сольвар, сопал.

^хх) ОС-2 выпускает лакокрасочный завод на станции Долгопрудная Московской обл., сольвар - ереванский завод «Поливинилацетат».

Стабильность эмульсий, приготовленных на указанных стабилизаторах, несколько месяцев и во многом зависит от температуры. С повышением температуры стабильность эмульсии резко понижается. До приготовления рабочих растворов эмульсию рекомендуется хранить при температуре от 0 до +20 ° С в таре из белой жести.

15 . Растворы эмульгаторов готовят следующим образом: к отмеренному объему холодной воды добавляют эмульгаторы: желатин из расчета получения 1 %-ного, сопал - 2 %-ного, сольвар - 4 %-ного растворов. После введения эмульгаторов воду подогревают до температуры 60 - 70 ° С и поддерживают ее до полного растворения их, затем растворы охлаждают до комнатной температуры. При приготовлении раствора эмульгатора из сольвара для лучшего растворения рекомендуется его предварительно замочить на сутки в воде.

16 . Эффективность применения добавки ГКЖ-94 во многом зависит от качества эмульсии. При применении некачественной эмульсии (частично распавшейся) эффективность добавки резко снижается.

17 . Добавки ГКЖ-10 и ГКЖ-11 вводятся в бетонные смеси с водой затворения в виде исходных водно-спиртовых растворов 30 %-ной концентрации. Порядок приготовления бетонной смеси обычный.

Область применения добавок

18 . Учитывая высокую стоимость добавок (удорожание 1 м³ дорожного бетона при оптимальных дозировках колеблется с добавкой ГКЖ-94 от 1 руб. 68 коп. до 3 руб. 60 коп., с ГКЖ-10 от 70 коп. до 1 руб. 40 коп., с ГКЖ-11 - от 65 коп. до 1 руб. 30 коп.), в настоящее время рекомендуется следующее применение:

ГКЖ-94 в бетонных и железобетонных конструкциях, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости и прочности:

• при строительстве цементобетонных покрытий в районах со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца ниже -20 ° С;
• при строительстве отдельных участков цементобетонных покрытий в районах, где количество дней с гололедом превышает 40 в год;
• на подъездах к крупным городам, взлетно-посадочных полосах (на аэродромах), где наряду с высокой морозостойкостью требуется высокая прочность бетона;
• на подходах к крупным искусственным сооружениям, затяжных спусках (подъемах), виражах, пересечениях дорог в одном уровне и других участках дорог, где по условиям безопасности движения больше всего рассыпают хлористые соли во время гололеда;
• при строительстве однослойных дорожных и аэродромных покрытий из бетона на известковом щебне.

ГКЖ-10 и ГКЖ-11 в бетонных и железобетонных конструкциях, к которым предъявляются умеренные требования по морозостойкости:

• при строительстве цементобетонных покрытий в районах со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца от -10 до -20 ° С и количеством дней с гололедом в году от 20 до 30. Применение добавок ГКЖ-10 и ГКЖ-11 целесообразно при устройстве цементобетонных покрытий в осенне-весеннее время при температуре воздуха от 0 до -3 ° С (при введении в бетон добавки данного типа понижают температуру замерзания воды).

19 . Учитывая высокую эффективность кремнийорганической добавки ГКЖ-94 в повышении морозостойкости бетона при воздействии хлористых солей и мороза, ее применение может быть также рекомендовано:

• при устройстве проезжей части мостов из цементобетона без применения оклеечной изоляции;
• при ремонте цементобетонных покрытий дорог и аэродромов цементопесчаными смесями;
• при изготовлении бортовых камней, тротуарных блоков, железобетонных перил, парапетов, лотков и других элементов мостов, изготавливаемых в пропарочных камерах^х), которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию растворов хлористых солей и мороза.

^х) При изготовлении железобетонных элементов с добавкой ГКЖ-94 в пропарочных камерах следует руководствоваться «Рекомендациями по применению бетонов и растворов с добавками полимеров», разработанными НИИЖБом.

20 . Количество дней с гололедом в краях и областях РСФСР, двух прибалтийских республиках и БССР приведено в приложении.

Техника безопасности

21 . Жидкость ГКЖ-94 не имеет запаха, не выделяет при хранении вредных газов и паров - не токсична. Работы с добавкой ГКЖ-94 не требуют специальных мер предосторожности. Техника безопасности работ такая же, как при приготовлении бетона в обычных заводских условиях.

22 . При работе с добавками ГКЖ-10, ГКЖ-11 должны соблюдаться следующие правила техники безопасности:

• рабочие должны быть обеспечены резиновыми перчатками и фартуками;
• растворы ГКЖ-10, ГКЖ-11 не должны попадать на открытые участки кожи; в случае попадания на кожу их необходимо смыть струей воды.

Приложение Количество дней с гололедом в году^х) в краях и областях РСФСР, двух прибалтийских республиках и БССР

^х) Количество дней с гололедом в году приведено по данным дорожно-эксплуатационных служб и метеостанций за последние 5 лет.