Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теория и практика применения суперпластификаторов 10
1.1. Физико-химические представления о минеральных водно-дисперсных системах в технологии строительных материалов 10
1.2. Реологические и технологические свойства бетонных смесей 15
1.3. Теоретические основы использования суперпластификаторов и механизм их действия 19
1.4. Промышленное использование суперпластификаторов 29
1.5. Существующая методология оценки пластифицирующих добавок 33
Выводы по первой главе 37
Глава 2. Методы, приборы и материалы для исследований 38
2.1. Методики и приборы для определения реологических характеристик суспензий и паст 38
2.1.1. Методика определения реологических свойств материалов коническим пластометром 38
2.1.2. Оценка реологических свойств минеральных суспензий методом гравитационной растекаемости 40
2.1.3. Метод шарикового вискозиметра 42
2.2. Методы исследования свойств бетонной и растворной смесей. 44
2.3. Методы исследования прочностных свойств бетона и цементно-песчаного раствора 45
2.4. Рентгенофазовые исследования цемента 46
2.5. Материалы для исследований 46
2.6. Математическое планирование эксперимента и статистическая обработка результатов 49
Глава 3. Совершенствование методологии оценки эффективности суперпластификаторов в бетонах и растворах 50
3.1. Методика определения предельного напряжения сдвига суспензии по ее растекаемости на горизонтальной поверхности 51
3.2. Использование конического пластометра для определения предельного напряжения сдвига 55
3.3. Бесконтактный шариковый вискозиметр 60
3.4. Оценка водоредуцирующего эффекта по изменению консистенции цементно-песчаного раствора 61
3.5. Оценка эффективности СП в бетоне по водоредуцирующему эффекту в цементном тесте и растворе 63
Выводы по 3 главе 64
Глава 4. Влияние различных факторов на эффективность суперпластификаторов в цементах 66
4.1. Сравнительные исследования различных типов СП 66
4.2. Влияние способа введения и дозировки суперпластификатора на его эффективность 70
4.3. Влияние С-3 наразмалываемость цемента и адсорбционное водопоглощение влаги из воздуха 85
4.4. Исследование эффективности СП в глиноземистых цементах 88
4.5. Эффективность комплексных добавок, приготовленных смешиванием суперпластификаторов и пластификаторов 95
4.6. Влияние ионного состава жидкой фазы на эффективность суперпластификаторов в минеральных суспензиях 98
Выводы по 4 главе 100
Глава 5. Эффективность суперпластификторов в бетонах и растворах 102
5.1. Влияние мелкого заполнителя на водоредуцирующий эффект добавок 102
5.2. Влияние расхода крупного заполнителя на эффективность суперпластификатора 104
5.3. Влияние каменной муки на свойства строительного раствора 106
5.4. Влияние дозировки суперпластификатора и микрокремнезема на свойства тонкозернистого бетона 110
5.5. Исследование эффективности суперпластификаторов старого и нового поколений в многокомпонентных бетонах 113
Выводы по 5 главе 125
Основные выводы 126
Литература 128
- Теоретические основы использования суперпластификаторов и механизм их действия
- Использование конического пластометра для определения предельного напряжения сдвига
- Исследование эффективности СП в глиноземистых цементах
- Влияние каменной муки на свойства строительного раствора
Введение к работе
Актуальность работы. Суперпластификаторы - наиболее эффективные химические добавки в бетоны и растворы. Их разработка и внедрение в практику обеспечили за последние 30 лет основной прогресс в технологии бетонов и других материалов на основе портландцемента. Использование этой группы добавок позволило значительно повысить технологические и эксплуатационные свойства бетонов и строительных растворов. Разработка новых типов суперпластификаторов, развитие представлений о воздействии этих добавок на свойства цементного теста и бетонов в целом, а также реализация потенциала этой группы добавок в технологии бетона привели к созданию новых видов бетонов - высококачественных (высокофункциональных), самоуплотняющихся, ультравысококачественных, реакционно-порошковых. Использование этих новых видов бетонов в строительстве постепенно расширяется, и в ближайшем будущем они найдут широкое применение благодаря комплексу уникальных с точки зрения традиционного бетоноведения характеристик, обеспечивающих высокую технологичность, прочность и долговечность бетона.
Несмотря на большой опыт применения пластификаторов в современной технологии бетонов, эти добавки используются не всегда эффективно. Это зачастую связано с отсутствием у технологов методологии оценки эффективности этих добавок, а также четких представлений о влиянии различных факторов на результативность применения суперпластификаторов с учетом положительного и отрицательные воздействия добавок на свойства бетонов.
В исследовательской и производственной практике отсутствуют простые и достоверные методики определения реологических свойств цементного теста, суспензии и раствора с последующей экстраполяцией результатов на технологические свойства бетонных и растворных смесей. Существующие стандартные методики трудоемки и материалоемки для практического использования в научно-исследовательских и строительных лабораториях. Они малопригодны для оперативной начальной оценки различных пластификаторов, имеющихся на современном российском рынке химических добавок, для предварительного выбора в условиях строительной лаборатории оптимальной добавки и ее дозировки с учетом состава цемента и бетона, а также особенностей технологии производства.
В связи с большим потенциалом суперпластификаторов для развития технологии бетона чрезвычайно актуальны исследования различных аспектов эффективного применения этих добавок в строительных растворах и бетонах, а также совершенствование методологии оценки этой эффективности.
Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование факторов, влияющих на эффективность применения суперпластификаторов, и совершенствование методологии оценки эффективности этих добавок.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- исследовать факторы, влияющие на эффективность различных способов введения суперпластификатора в цемент;
изучить эффективность комплексных добавок на основе суперпластификаторов и пластификаторов при их использовании в цементных композициях;
оценить эффективность воздействия суперпластификаторов различной химической природы на свойства цементных систем;
изучить влияние расхода крупного и мелкого заполнителя, а также дисперсного наполнителя на свойства бетонной смеси и бетона с добавкой суперпластификатора;
- разработать новые и усовершенствовать существующие методы опреде
ления эффективности суперпластификаторов в условиях исследовательских и
строительных лабораторий, позволяющих снизить материало- и трудоем
кость испытания смесей, для последующего расчета характеристик удобоук-
ладываемости бетонных и растворных смесей, определенных по стандартным
методикам.
Научная новизна работы:
выявлен характер зависимости водоредуцирующего эффекта суперпластификатора от расхода мелкого заполнителя;
установлено, что при совместном помоле цемента с суперпластификатором эффективность такого приема в жестких и малопластичных смесях проявляется только при измельчении цемента до удельной поверхности 450 м /кг и более;
определены виды суперпластификаторов для рационального использования в бетонных и растворных смесях, приготовленных с применением глиноземистых и высокоглиноземистых цементов;
показано, что эффективность суперпластификаторов, особенно нового поколения, можно существенно повысить за счет введения в состав бетона дисперсного наполнителя, обеспечивающего увеличение раздвижки зерен крупного и мелкого заполнителя.
Практическая значимость работы.
Установлено, что введение суперпластификатора С-3 в цемент при их совместном измельчении имеет преимущества по водоредуцирующему эффекту только в пластичных смесях в сравнении с введением этой добавки в цементную систему с водой затворения или в виде порошка.
Выявлено снижение адсорбционного поглощения цементом, измельченным совместно с суперпластификатором С-3, влаги из воздуха при хранении. Такой способ введения добавки может быть рекомендован для цементов с длительными сроками хранения, в частности для цементов, используемых в производстве сухих строительных смесей. Установлено также, что совместный помол цемента с С-3 позволяет снизить время измельчения цемента на 20.. .40 %.
Разработаны составы самовыравнивающихся напольных смесей с применением глиноземистого цемента при сохраняемости подвижности смеси до 90 мин.
С учетом линейного характера зависимости расплыва растворной смеси от расхода воды разработан метод достоверной оценки водоредуцирующего эффекта суперпластификатора в цементно-песчаном растворе при его различных консистенциях по расплыву смеси из конуса Хегермана (форма-
конус по ГОСТ 310.4-81) под действием собственного веса смеси или на встряхивающем столике.
Усовершенствована методика определения вязкости пластифицированных цементных паст с помощью бесконтактного шарикового вискозиметра за счет возможности использования более легких шариков из диэлектрических материалов с металлическим покрытием.
Разработана методика определения предельного напряжения сдвига суспензии по диаметру ее расплыва с учетом скорости подъема цилиндрического вискозиметра.
Усовершенствован метод конической пластометрии для определения предельного напряжения сдвига нерастекающихся паст.
Установлены математические зависимости, позволяющие рассчитать стандартные свойства бетонных и растворных смесей по результатам их испытания с использованием методов характеризующихся низкой материало-и трудоемкостью.
Результаты диссертационной работы внедрены в ООО «Строительные материалы» (г. Пенза) и 000 «Бессоновский домостроительный комбинат» (Пензенская область).
Достоверность результатов работы подтверждена статистической оценкой достоверности экспериментальных данных, хорошей сходимостью результатов, полученных различными методами, и их непротиворечивостью с известными закономерностями. Результаты, выводы и рекомендации работы прошли апробацию и внедрение в производственную практику.
На защиту выносятся:
закономерности влияния соотношения мелкого заполнителя и цемента на водоредуцирующий эффект суперпластификатора;
методы создания комплексных добавок на основе суперпластификаторов и пластификаторов с учетом технологических свойств и эксплуатационных характеристик бетона;
методики определения реологических характеристик суспензий с учетом кинетики ее истечения из цилиндрического вискозиметра;
методология оценки эффективности суперпластификаторов с учетом технологических задач производства и эксплуатационных свойств бетонных смесей, изделий и конструкций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Теория и практика применения суперпластификаторов в композиционных строительных материалах» (Пенза, 1991); «Структурообразование и прочность композиционных строительных материалов» (Одесса, 1994); XXVIII научно-технической конференции ПГАСИ (Пенза, 1995); «Современные проблемы строительного материаловедения» (Самара, 1995); «Композиционные строительные материалы. Теория и практика»; «Новые энерго- и ресурсосберегающие, наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2005, 2006, 2007); «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза,
2006, 2007); «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2006); на X и XV Академических чтениях РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Пенза-Казань, 2006; Казань, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе 3 статьи в журналах по Перечню ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 185 источников, приложений. Содержит 37 рисунков и 28 таблиц. Материал изложен на 144 машинописных страницах.
Автор выражает благодарность преподавателям и сотрудникам кафедр «Технология бетонов, керамики и вяжущих», «Строительные материалы» и «Стандартизация, сертификация и аудит качества» за консультации и помощь, оказанные в ходе выполнения диссертационной работы.
Теоретические основы использования суперпластификаторов и механизм их действия
Основной эффект при введении пластифицирующей добавки в цементное тесто - его разжижение. Используя этот эффект, можно сократить расход воды затворения в системе цемент - вода без ухудшения консистенции смеси, получив водоредуцирующий эффект (ВР).
В соответствии со стандартом [44] суперпластификатором называют химическую добавку, введение которой повышает подвижность бетонной смеси марки Ш (ОК= 2...4 см) до П5 или подвижность раствора марки Пк1 (Пк = 2...4 см) до Пк4. При этом снижение прочности не должно превышать 5 %. Кроме того, в этом стандарте предусматривается еще один подкласс добавок - суперводореду-цирующие, показателем основного эффекта для которых является уменьшение количества-воды затворения. более чем на 20 %. Очевидно, что такое разделение не оправданно, так как з эти два подкласса входят однии те же добавки, которые могут быть использованы как для пластифицирования бетонных смесей; так и. для уменьшения количества воды затворения. Дополнительным аргументом для объединения-этих подклассов- добавок в следующей редакции ГОСТа является отсутствие их деления на пластифицирующие и водоредуцирующие в зарубежных стандартах. Так, в-стандарте США [145] описано два типа суперпластификаторов: тип F — сильные водоредуцирующие добавки и тип-G — сильные водоредуцирующие добавки с эффектом замедления схватывания. В общеевропейских нормах [151] суперводоредуцирующие и суперпластифицирующие добавки - это также одна группа добавок.
К началу девяностых годов прошлого столетия только в России промышленность производила [124] около 40 пластифицирующих добавок, пять из которых по-эффективности относились к группе суперпластификаторов. Отечественная промышленность на основе продуктов поликонденсациишафталина, меламина и фенола наладила крупнотоннажное производство СП: С-3, Дофен, 10-03, МФ-АР, 40-03, СМФ [15, 124, 125]. Кроме того, отдельными предприятиями выпускались добавки на основе отходов-промышленности, например СД-2А (продукт переработки сульфатосодержащих отходов акрилатных производств) и Н-1 (продукт переработки каменноугольной смолы, состоящий из трех- и четырехядерных ароматических углеводородов) [82]. В настоящее время в России работает ряд предприятий (Полипласт, СКТ-Стандарт, Суперпласт, Форт, Цемактив), каждое из которых производит несколько наименований СП.
Добавки-пластификаторы имеют различные химический состав, эффективность и, соответственно, особенности воздействия на свойства бетонной смеси и бетона. По современным представлениям [15, 28, 29, 35, 52, 136, 180 и др.], пластифицирующие добавки по механизму действия на цементно-водные системы можно отнести к диспергаторам, разрушающим коагуляционную структуру цементного теста.
Механизм действия СП на бетонные смеси обсуждается многими авторами. Различные мнения по этому вопросу можно разделить на две группы.
Большая часть авторов придерживается мнения о преимущественно физико-химическом механизме действия СП на цементно-водные системы, за счет которого обеспечивается диспергирующее воздействие добавки на частицы цемента и разжижение цементного теста-[11 , 15, 17 и др]1 Некоторые исследователи считают, что основной эффект этих добавок достигается за счет химического взаимодействия с цементом, замедления, его гидратации и структурообразования на начальном этапе [8]. Сопоставление данных из литературных источников позволяет сделать вывод о том, что эффект воздействия СП на цементное тесто обусловлен обоими механизмами; однако/ большее значение имеет физико-химический механизм: Несмотря на то, что доминирующее влияние на пластифицирующий эффект оказывают абсорбция СП и электростатическое отталкивание частиц, влияние химического взаимодействия СП с цементом на образование продуктов гидратации и их морфологию, а следовательно, и на реологические характеристики цементного теста велико, но до конца не изучено [155; 162].
По мнению В. Г. Батракова [15], пластифицирующий эффект достигается за счет адсорбции ПАВ на поверхности новообразований, что уменьшает межфазную энергию и облегчает дезагрегацию частиц. При этом, по мнению указанного автора, высвобождается большая часть иммобилизованной во флоккулах воды, которая обеспечивает пластифицирующий эффект. В монографии [15] указано, что на механизм действия СП существенное влияние оказывают: адсорбция ПАВ на поверхности гидратных новообразований; коллоидно-химические явления на границе раздела твердой и жидкой фаз; изменение дзета потециала.
Отмечается [15, 52, 66 и др.], что широкое распространение получили СП на основе конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. В [15] указывается перспективность СП на основе продуктов конденсации бензолсульфокислоты или алкилбензолсульфокислоты с формальдегидом, а также резолфенолформальдегид-ной смолы. СП на основе сульфированной меламинформальдегидной смолы менее распространены из-за их более высокой стоимости [124].
В. Г. Батраков-в. своей монографии [15] отмечает, что пластифицирующая способность определяется в основном длиной и характером углеводородной цепи, молекулярной массой ПАВ. Он считает, что наиболее эффективные пластификаторы - это соединения линейной структуры, характеризующиеся наличием радикалов большой молекулярной массы типа нафталина меламина, антрацена, фенола и функционально активных групп типа сульфо- и карбоксигрупп, моно-или полиоксикарбоновых кислот.
Приведенные сведения о признаках высокой эффективности, пластификаторов согласуются) с мнением В. И. Калашникова [66], который провел сравнительный анализ структуры молекул известных пластификаторов и сделал вывод о том, что важными, отличительными признаками суперпластификаторов являются: оли-гомерная структура молекул, определенное расстояние между функциональными группами волигомерной цепи, обусловливающими адсорбцию, и наличие в« структуре молекулы ароматических групп (карбо- и гетероциклических), в которых проявляется резонансный (мезомерньтй) эффект [66].
А.И. Вовк [32] отмечает, что далеко не все ПАВ являются суперпластификаторами и что принципиальное значение может иметь строение молекул добавок или строение образующегося адсорбционного слоя.
Исследуя адсорбцию нафталинформальдегидных СП с различной степенью поликонденсации, А.И. Вовк [35] пришел к выводу, что на продуктах гидратации алита и белита адсорбируются высокомолекулярные компоненты, а адсорбция на алюминатных фазах не зависит от молекулярной массы полинафта-линформальдегида. На примере арилсульфокислот, использующихся для производства СП, показано, что величина их адсорбции на продуктах гидратации С3А снижается при увеличении молекулярной массы и объема ароматического радикала [33].
Исследованиями [34, 39] установлено, что СП при взаимодействии с продуктами гидратации СзА образуют органоминеральную фазу, содержащую молекулы ПАВ между слоями гидроалюмината кальция: Этим объясняется более высокая сорбционная способность продуктов гидратации С3А, на поверхности которых сорбируется в несколько раз большее количество СП, чем на силикатных минералах.
Использование конического пластометра для определения предельного напряжения сдвига
На протяжении всего времени; использования в строительном материаловедении- конической пластометрии для исследования консистенции; смесей: и кинетики их структурообразования ведется дискуссия об адекватности этого метода. Однако; широкого распространения коническая пластометрия: не получила из-за. расхождения ее результатов с других методов:
Авторы [3] считают, что эта формула (2.1) имеет весьма совершенную инвариантность - независимость расчетных значений т0 от нагрузки F при ее изменении на 2...3 порядка и углах в вершине конуса от 45 до 90. Однако в этой же работе указывается на расхождение в 1,5...2 раза значений, полученных по формуле, с результатами полученными другими методами.
В работах Н. И. Аграната и его соавторов [3, 4] отмечается, что значение г0, рассчитанное по формуле (2.1), превышает в 1,5...2 раза значения, полученные другими методами. Авторы [4] объясняют это расхождение тем, что при выводе формулы не учитывалось распространение пластических деформаций вблизи поверхности конуса. Для учета этих деформаций, авторы рассчитали графическим и аналитическим методами значения постоянной К в формуле Ребиндера (2.1), которые следует [106] применять в этой формуле при значениях то, превышающих 10...2 Па.
И. И. Верней [19]; сравнивая результаты, полученные на различных пластометрах установил, что конструкция прибора и скорость погружения индентора оказывают существенное влияние на результаты измерений (до 40 %). Он считает, что у приборов, с конусом, двигающимся под действием сил тяжести, систематическая погрешность в измерениях связана с влиянием сил инерции и переменной скоростью движения конуса.
Анализируя результаты определения то на пластометре позволяющем производить погружение конуса в исследуемую среду с заданной скоростью, И. И: Верней и В.В. Белов отмечал [20], что данные, полученные при различных глубинах погружения конуса и углах при его вершине, заметно различаются, так как скорость внедрения существенно влияет на результаты измерений1. Это авторы установили [20], что кроме сил инерции погрешность в измерение вносит скорость погружения конуса. Эти авторы связывают подобную неинвариантность расчетной формулы не с конструкцией прибора, а с теорией метода и предлагают новый подход к определению связи между параметрами, характеризующими условия внедрения. конуса, и свойствами среды. Для нахождения действительного значения То предлагается находить зависимость пластической прочности системы от скорости погружения конуса. Полученная зависимость позволяет получать две характеристики материала:
- предельное напряжение сдвига то, которое будет равно пластической прочности системы при нулевой скорости погружения конуса, которая может быть найдена экстраполяцией установленной зависимости пластической прочности от скорости погружения;
- вязкость системы, которую определяют как тангенс угла наклона графика полученной зависимости.
Авторы этой работы, считают, что определение пластической прочности необходимо производить при глубине погружения конуса не менее 10 мм; что дает: более точные результаты.
Анализ перечисленных выше работ, посвященных конической пластометрии, И проведенные нами эксперименты позволяют сделать выводы о том; что результаты расчета т0 по формуле (2.1) неинвариантны и зависят от угла при вершине конуса, глубины его погружения и предельного напряжения сдвига:
Для оценки преимуществ; предложенной измерительной схемы конического пластометра с; непрерывной фиксацией; усилия вдавливания при постоянной скорости движения. (подразд:2.1) были выполнены эксперименты по; определению пластической прочности цементного теста; и модельных; систем на основе известняковой пасты.
В экспериментах использовались конические инденторы, изготовленные из нержавеющей стали, с различным углом при вершине:; от 10 до 90. Скорость движения индентора регулировалась переключением скоростей в четырех скоростном федукторе и составляла;1 ,05; 2,11; 4;21;8;42 мм/с.
Усилие вдавливания (сопротивление вдавливанию) определялось с помощью электронных весов; с пределом измерения; 5000 г и ценой деления-1 г. На весы в ходе; испытания устанавливалась чаша с испытуемой пробой. Фиксация показаний электронных весов и времени; прошедшего от начала погружения» конуса, производилась с помощью видеосъемки.
Показания приборов заносились. в лабораторный журнал при расшифровке результатов видеосъемки. Глубина погружения конуса вычислялась как произведение скорости движения индентора на время, прошедшее от начала вдавливания.
Графики зависимости пластической прочности Рт известняковой пасты от глубины погружения конуса для четырех скоростей движения индентора. приведены на рис. 3.3. Значения рассчитаны по формуле (2.1) при коэффициенте к =0,413. Известняковая паста для данного эксперимента была приготовлена из известняковой муки с удельной поверхностью 340 м /кг.
Как видно из графиков, приведенных на рис. 3.3, значения Рт, рассчитанные по формуле (2.1), величины не постоянные и зависят от глубины погружения конуса: при глубине погружения 45...50 мм значения Рт начинают приближаться к асимптотическим величинам. На подобную особенность конической пластометрии указывают И.И. Верней и В.В. Белов в [20], однако в этой работе сообщается о необходимой для инвариантного определения пластической прочности глубине погружения не менее 10... 15 мм.
Графики (см. рис. 3.3) свидетельствуют о неадекватном описании реологического поведения системы формулой (2.1). Указанная формула не может быть использована для определения предельного напряжения сдвига, так как асимптотические значения Рт для четырех скоростей движения индентора различаются почти в два раза.
Невозможность использования формулы (2.1) для расчета То связана не с ее несовершенством, а с тем, что сопротивление вдавливанию индентора при любой скорости его движения обусловлено вязкостью системы, а не ее предельным напряжением сдвига т0, для определения которого необходима бесконечно малая скорость вдавливания, в
График зависимости асимптотических значений пластической прочности от логарифма скорости погружения индентора имеет линейный характер (рис. 3.4), что позволяет определять то графической экстраполяцией этой зависимости до нулевой скорости, при которой теоретически начинается течение системы, или рассчитывать его по формуле.
Исследование эффективности СП в глиноземистых цементах
При производстве сухих строительных смесей глиноземистый цемент совместно с гипсом применяется в качестве расширяющегося компонента в ремонтно-отделочных смесях на основе портландцемента для снижения их усадки и водопроницаемости. Использование СП на нафталинформальдегидной основе в таких цементах имеет низкую эффективность [30], так как водоредуцирующее действие СП в глиноземистых цементах ниже, чем в портландцементе; кроме того, пластифицирующий эффект снижается значительно быстрее. Эта особенность глиноземистых цементов связана с тем, что алюминатные минералы имеют во много раз более высокую сорбционную способность по отношению к СП в сравнении с силикатными минералами, которые преобладают в портландцементном клинкере [128].
Исследования эффективности семи СП на различной химической основе в глиноземистых цементах были проведены на трех вяжущих: напрягающемся5 цементе НЦ-20 ОАО «Подольск-цемент», глиноземистых цементах ISTRA 40, Secar 51. Дозировка добавок во всех опытах была принята 0,5 % от массы цемента.
Исследования проводились на цементных суспензиях. В ходе эксперимента подбиралось водоцементное отношение суспензии.без добавки и с добавкой»0«5 % СП, необходимое для получения равноподвижной смеси через 3 и 10 мин после начала ее приготовления.
Результаты- подбора водоцементных отношений для получения равнопо-движных суспензий цементов без добавки тс добавкой СП приводятся в табл. 4.6, а результаты расчета водоредуцирующих эффектов - на рис. 4.19.
Как видно из табл. 4.6 и рис.4.18, наибольший водоредуцирующий эффект для всех исследованных цементов проявляется группы добавок на поликарбок-силатной и полиэтиленгликолевой основе - Melflux 1641F, Sika Viscocretel05 Р, Melflux РР100 и Melflux РР200.
Для второй группы СП - на сульфонафталиновой и сульфомеламиновой основе, а именно С-3, Peramin SMF 20 и Melment F10, водоредуцирующий эффект зависит от вяжущего: при использовании цемента НЦ-20 через 10 мин эффект для добавок этой группы ниже в 1,5...2 раза в сравнении с СП первой группы (см. рис. 4.18). Суспензия, приготовленная с применением цемента ISTRA 40 и добавок второй группы, быстро теряет подвижность (см. табл. 4.3), что не позволяет использовать эти СП с цементом ISTRA 40.
Сопоставление валового содержания оксида алюминия в цементах и водо-редуцирующих эффектов СП показывает, что для большинства добавок нет прямой-зависимости между этими величинами. Для цемента ISTRA 40 с промежуточным из трех исследованных вяжущих содержанием А1203 харакгерны наименьшие значения водоредуцирующих эффектов. Кроме того, в отличие от двух других вяжущих в этом цементе суперпластификаторы на сульфонафталиновой и сульфомеламиновой основе не действуют.
Проведенные исследования позволили установить, что в глиноземистом цементе Secar 51 водоредуцирующие эффекты СП на сульфомеламиновой основе сопоставимы с этими показателями для более дорогостоящих добавок на поли-карбоксилатной основе. Для цемента ISTRA 40 эффективно применение только СП на поликарбоксилатной и полиэтиленгликолевой основе. Для напрягающегося цемента НЦ20 использование добавок на сульфонафталиновой и сульфомеламиновой основе возможно, если не требуется получения высоких пластифицирующих или водоредуцирующих эффектов.
Эффективность использования СП в составах с глиноземистыми цементами была исследована на напольной сухой строительной смеси, состав которой указан. в табл. 4.7.
В эксперименте было использовано 6 наименований СП: С-3, Peramin SMF 20, MelmentFlO, Sika Viscocrete 105P, Melflux 1641 F, Melflux PP 100 F.
Влияние вида СП и глиноземистого цемента, а также дозировки СП на подвижность смесей определялось по расплыву кольца [47]. Расплыв определялся через 5 и 15 мин, а если смесь сохраняла подвижность, то расплывы продолжали определять в течение 1,5 ч через каждые 15 мин. Из смесей изготавливались образцы размером 40x40x160 мм, которые использовались для определения прочности при изгибе и сжатии через 1, 3 и 28 суток твердения при температуре 20...22 С и относительной влажности воздуха 65...75 %. В процессе твердения образцов определялись их усадочные деформации.
На рис. 4.17. представлены графики зависимости расплыва кольца от времени его определения для смесей, приготовленных с применением глиноземистых цементов Secar 51 (а, б) и ISTRA 40 с 6-ю исследованными СП при двух дозировках добавки, а в табл. 4.8 — прочность и усадка исследованных составов.
Как видно из графиков на рис. 4.17, при расходе СП 0,5% от массы дис- персных компонентов смеси подвижность в составах с добавками на поликарбок-силатной и полиэтиленгликолевой основе значительно-выше, чемв составах с добавками на нафталин- имеламинформальдегидной основе. Кроме того, СП на.по-ликарбоксилатной основе позволяют в течение 15 минут сохранять начальную-подвижность смеси в отличие от остальных добавок, которые за это время быстро теряют пластифицирующий эффект.
Увеличение дозировки СП до 0,8 % значительно повышает пластифицирующий эффект добавок на нафталин- имеламинформальдегидной основе, однако ипри повышенной дозировке в смесях с этими добавками происходит быстрая потеря подвижности. Наибольшей сохраняемостью подвижности, смеси, (до 90 мин) характеризуетсяСП Sika Viscocrete 105Р:
Анализ прочностных характеристик смесей (см. табл. 4.8 и 4.8 показывает, что СП Melflux РР100 вызьшает замедление твердения,через 1 сутки, но через 3 суток прочности составов приблизительно равны. Наибольшей прочностью характеризуются составы с добавкой Sika Viscocrete 105Р.
Влияние каменной муки на свойства строительного раствора
Опыт применения в производстве бетона СП показал, что при введении этих добавок в бетоны средних и низших классов расход цемента может сократится ниже объёмов, обеспечивающих заполнение цементным тестом межзернового пространства заполнителя. Отмеченная особенность составов бетона с СП позволяет эффективно использовать эту добавку только в высокопрочных или высокоподвижных бетонах. Для решения этой проблемы в последние годы в цементы вводятся различные тонкодисперсные минеральные добавки, которые повышают объем цементного теста.
В связи с этим было исследовано влияние измельчённого отхода дробления доломитового щебня на свойства растворной составляющей бетона.
Исследования дисперного наполнителя вяжущего проводили на цементе ПЦ 500 ДО производства ОАО «Мордовцемент». Из портландцемента каменной муки - тонкодисперсного отхода дробления доломитового щебня Саткинского месторождения с удельной поверхностью 310 м /кг - готовился смешанный цемент с различной долей замещения вяжущего.
Цементно-песчаный раствор состава 1:2 приготавливался на смешанном вяжущем и песке Сурского месторождения. В эксперименте готовились растворы с различными водоцементным отношением и содержанием каменной муки в смешанном цементе с суперпластификатором в виде раствора в количестве 0,5 % и 1 %, а также составы без добавки. В качестве водоредуцирующей добавки был использован суперпластификатор Sika ViscoCrete 20НЕ.
В ходе исследования определялись консистенция растворной смеси по расплыву на встряхивающем столике, прочностью различные срогаъи усадка раствора после высушивания при 105 С.
Введение в цемент дисперсного наполнителя приводит к. незначительным изменениям водопотребности растворной смеси. Анализ результатов, приведенных в в табл. 5.2 показывает, что при замене 28 % цемента каменной мукой водоцементное отношение в пластичных смесях можно снизить всего на 7 %. В остальных составах изменений водопотребности не отмечено.
Замена части цемента доломитовой мукой приводит к значительным изменениям свойств раствора. При замене 50 % цемента дисперсным наполнителем происходит снижение прочности в возрасте 3 суток в 2-6 раза, а в возрасте 28 суток - в 2-4 раза. При снижении В/Ц-отношения негативное влияние каменной муки на прочность почти линейно уменьшается. В связи с этим оправданным является применение водоредуцирующей добавки. Эффективность исследованного суперпластификатора, как видно из графиков (рис. 5.6.), построенных для смесей с расплывами на встряхивающем столике 270-280 мм, также зависит от содержания в цементе доломитовой муки.
Снижение прочности смешанного цемента может быть компенсировано за счёт применения водоредуцирующей добавки. Как видно из графиков, построенных для растворов с равной консистенцией (рис. 5.6) прочность бездобавочного состава порядка 30 МПа может быть достигнута при введении-0,5 % суперпластификатора для замещения 24 % цемента, а при дозировке добавки 1 % степень замещения может быть повышена до 33 % .
Несмотря; на положительное влияние доломитовой; мукиша усадочные деформации и очевидное снижение стоимостш смешанного цемента, использование этого материала в составе цемента без водоредуцирующей; добавки не целесообразно из-за- негативного влияния -наполнителя на; прочность, которая может: снизиться в несколько раз. Совместное применение доломитовой муки и суперпластификатора позволит заместить третью часть дорогостоящего и дефицитного цемента без снижения прочности.
