ДЕЙСТВИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ЦЕМЕНТНЫЕ ПАСТЫ. Суперпластификаторы для цемента


Влияние суперпластификаторов на свойства бетонной смеси

Статья посвящена исследованию влияния добавок различных концентраций суперпластификаторов на реологические свойства бетонных смесей. Показано влияние крупности песка на прочность бетона. Исследована кинетика набора прочности бетона на разных сроках твердения.Ключевые слова: суперпластификатор, добавки, бетон, кинетика набора прочности, пластифицирующая способность.

Бетон в наше время самый популярный строительный материал. К нему предъявляют очень серьезные требования, так как от его качества и свойств зависит очень многое, бетон обязан быть долговечным и очень прочным, при этом обеспечивать гидроизоляцию, противостоять механическим воздействиям.

Характерной особенностью современной строительной технологии является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимизации энергетических и материальных затрат. В технологии бетона наиболее актуальной проблемой является получение высокоподвижных бетонных смесей с обеспечением сохраняемости свойств во времени и интенсивной кинетикой набора прочности бетона в ранние сроки твердения без применения тепловой обработки. Современная технология производства железобетонных изделий отличается использованием повышенного количества воды затворения, необходимой для обеспечения требуемого показателя удобоукладываемости бетонной смеси. Это приводит к образованию значительной пористости и является путем проникновения вглубь бетона факторов окружающей среды. Циклическое воздействие замораживания и оттаивания, увлажнения и высушивания приводит к расслаиванию, интенсивному трещинообразованию и потере несущей способности конструкции.

Применение химических добавок, точнее суперпластификаторов, позволяющих регулировать свойства бетона в достаточно широких пределах без существенного усложнения технологии производства, может решить многие проблемы, стоящие в настоящее время перед строительной технологией. [1]Для того, что бы бетонная смесь приобрела необходимые технические свойства нужно учитывать зависимости концентрации раствора суперпластификатора и кинетики набора прочности бетона на разных сроках твердения, и пластифицирующей способность бетонной смеси.

Для экспериментального выявления характера влияния добавок на свойства бетона необходимо провести серию замесов с постоянным количеством составляющих бетонной смеси. Первый замес бездобавочный, второй с 25% раствором суперпластификатора, третий с 30% раствором, четвертый с 35% раствором. Дозировка суперпластфикатора во всех замесах будет составлять 1,8% по техническому весу.

Основными составляющими бетонной смеси являются цемент, песок, щебень. Нам необходим бетон марки 350, для которого соответствуют следующие расходы на 1м3:цемента=350 кг;песка=750 кг;щебня=1100 кг.

Используем Вольский портландцемент М500 ДО — это гидравлическое вяжущее вещество, его получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3CaO SiO2 и 2CaO SiO2 70-80%)[2].

Нами был проведен анализ цемента Вольского М500 ДО партия 3621 согласно ГОСТ 310.3-76 от 1978-01-01 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема. Нормальная густота цементного теста=24,25;Начало схватывания 3:00 ч., конец схватывания 4:50 ч.Крупность песка непосредственно влияет на расход воды в бетоне. Повышенная водопотребность мелких песков отрицательно сказывается на показателях прочности и плотности (табл.1) что приводит к формированию проницаемой структуры [3].

Таблица 1. Влияние крупности песка на прочность бетона

Модуль крупности песка Расплыв конуса, мм Прочность бетона, МПа
2,82 152 25
1,58 130 15
1,08 111 10

Для замесов используем песок Мкр=2,36 Красненский карьер. Используем щебень гранитный фракция 5-20 Павловского карьера. В табл. 2 представлены основные результаты измерений.

Таблица 2. Основные результаты исследования

Наименование добавки Осадок конуса, см ч/з 1 час ч/з 2 часа В/Ц Объемный вес бетонной смеси, г/см3
 Опыт №1 Контрольный 3 0,51 2358
 Опыт №2 25% раствор 19 15 9 0,51 2336
 Опыт №3 30% раствор 21 17 14 0,51 2340
Опыт №4 35% раствор 22,5 18 14 0,51 2330

 

В опыте №4 с добавлением 35% раствора суперпластификатора наблюдалось незначительное водоотделение в бетонной смеси.Режим твердения бетонных образцов: естественное твердение в камере нормального хранения при t=20°С и относительной влажностью воздуха — 95%.Образцы-кубы бетона с ребром 10 см.Прочность бетонных образцов в МПа на разных сроках твердения можно представить в виде диаграммы (рис.1).

Также  необходимо  испытать  полученные  бетонные  смеси  на  водоредуцирующую способность. Полученные в ходе испытаний результаты представлены в табл.3.

Водоредуцирующая способность бетонной смеси. Таблица 3

Наименование добавки В/Ц ОК, см Объемный вес бетонной смеси, г/см3 Водоредуцирующая способность, %
Контрольный     0,579     15     2368     —
25% раствор     0,469     16     2354     19
30% раствор     0,457     15     2356     21,1
35% раствор     0,449     16     2348     22,5

 

В ходе проведенных испытаний можно сделать вывод, что наиболее эффективное влияние на бетонную смесь оказывает 30% раствор суперпластификатора. Это видно из прочностных результатов на разных сроках твердения, пластифицирующей и водоредуцирующей способности. Результаты испытаний 35% раствора по некоторым показателям не уступают 30% раствору, однако водоотделение при В/Ц=const отрицательно влияет на прочностные характеристики бетонной смеси.

Авторы статьи: Сорокина Н.С., Пахомов А.Н., Банин Р.Ю.

Литература1.     Баженов, Ю.М. Технология бетона / Ю.М. Баженов — М.: АСВ, 2002. — 500с.2.     Дворкин, О.Л. Специальные бетоны. / О.Л. Дворкин — М.: Инфра-Инженерия, 2012. — 368с.3.     Фрей, X. Справочник строителя. / X. Фрей. — М.: Техносфера, 2010. — 872с.

superplastificator.ru

виды, плюсы использования и производители

Гиперпластификатор делают на базе особых эфиров поликарбоната. Они являются самым современным нововведением на рынке модификаций для пластифицирования бетона. Их главное отличие от классического типа суперпластификатора в том, что работа гиперпластификаторов главным образом состоит в стерическом результате, посредством которого происходит уменьшение трение составляющих бетонного раствора.

Что такое гиперпластификаторы?

На сегодняшний день монолитные методы возведения различных построек требуют изобретения новых методов проведения монтажа в рекордно короткое время. Также многие потребители нуждаются в способе существенной финансовой экономии во время строительства. Это касается абсолютно всего рынка бетонных изделий – бордюров, плиток, столбов, блоков и много другого.

Каждый изготовитель отлично знаком с характеристикой бетонов и понимает, что имеется большой перечень тонкостей, связанных с операцией засыхания жидкой бетонной смеси. Данный раствор плохо застывает при минусовой температуре, а при влиянии чересчур высокой температуры покрывается трещинами.

Производители строительных материалов стремятся повысить вяжущие характеристики простого цемента, дабы скорость застывания жидкой смеси стала выше, а готовое изделие выходило более прочным. Как раз поэтому на сегодняшний день практически не применяют чистый цемент без дополнительных примесей для производства разных материалов. Особые компоненты, как например, гиперпластификаторы, помогают снизить повышенную текучесть бетонной смеси, а также производить конструкции с гораздо более разнообразной формой.

Изготовление бетона с помощью различных пластификаторов дает возможность уменьшить металлоемкость арматуры, понизить объем используемой воды. В итоге готовый материал обладает меньшим весом и себестоимостью. Уменьшение объема потребляемой воды при производстве дает возможность уменьшить вероятную усадку раствора при застывании. Особенно большое значение это имеет при необходимости следовать точным разметкам монолитных изделий во время строительства.

Отличие гиперпластификатора от суперпластификатора.

Гиперпластификаторы выглядят как полупрозрачный состав, в котором как добавка имеется поликарбоксилат. Данная добавка абсолютно не токсична, достаточно просто растворяется в жидкостях и не обладает неприятным ароматом. Этот состав растворяют в воде непосредственно перед использованием. Дозировка – не более 3% от общей массы применяемого цемента.

Влияние компонента похоже на действие молекулярного клеевого раствора. Благодаря его воздействию, цементные крупицы располагаются вокруг песчаных частиц. Это позволяет практически полностью исключить возникновение пустот. Благодаря использованию пластификатора, раствор пропитывается водой намного быстрее, к тому же при вымешивании в бетонной смеси не появляются воздушные пузыри. Готовый раствор обладает своими свойствами еще примерно около 3 часов. Но при добавлении компонента в бетонный раствор нельзя забывать о точной дозировке. Инструкция обычно создается производителем и указана на упаковке.

Виды

  • Компоненты для производства конструкционных железобетонных изделий. Используют во время производства железобетонных конструкций, в технологическом процессе которых применяют специальный арматурный каркас из металла.
  • Пластификаторы для изготовления товарных бетонных конструкций. Применяют для изготовления заливки цоколей, перекрытий и отмосток.
  • Компоненты, обладающие антиморозными свойствами. Благодаря им можно выполнять операции по заливке даже при чрезвычайно низких температурах. А это является большим достоинством при монолитных способах строительства.
  • Пластификаторы, которые применяют для сокращения времени застывания. Сильные ускорители реакции, их используют для получения высокой крепости материала всего в течение пары суток.

Плюсы использования

  • Основное достоинство при применении особых компонентов во время изготовления цементного раствора – это экономичность. Экономичность стала возможной благодаря уменьшению нескольких пунктов производственных трат.
  • Расход цемента снижается практически на 25%, в отличие от изготовления раствора без пластификатора.
  • Снижается объем применяемой воды.
  • Благодаря пользованию гиперпластификаторами можно использовать более легкий армирующий каркас.
  • Высокая производительность, ведь время приготовления раствора также снижается.
  • Пониженное потребление электричества во время использования специальной техники для замешивания.
  • Увеличение эксплуатационных характеристик.
  • Повышение прочности и долговечности готового изделия.
  • Увеличенный показатель водонепроницаемости.
  • Способность противостоять промерзанию.

Примеры добавок

Muraplast FK63

Эта добавка представляет последнее поколение пластификаторов, изготовлена с применением эфира поликарбоксилата. Выглядит как тонкомолотый порошок-суспензия. Порошок получают благодаря стерическому воздействию. Отличается превосходным разжижающим эффектом, но и одновременно является стабилизатором.  Применение компонента не вызывает коррозии.

Плюсы применения
  • С использованием состава изделие быстрее застывает и получается более прочным.
  • Применение пластификатора дает возможность получить долговечный продукт.
  • Форма выпуска компонента дает возможность к его удобному и быстрому использованию.
Сфера использования

— Изготавливают качественный и долговечный бетон.— Изготавливают самотвердеющий бетон.— Участвует в производстве сборных железобетонных материалов.— Изготовление товарных бетонных продуктов.

FREM GIPER

Данная добавка также является гиперпластификатором новейшего поколения пластифицирующих компонентов. По результативности данный компонент можно определить к пластификаторам 1 типа.

 Сфера применения
  • В производстве монолитных бетонных материалов.
  • Изготовляют товарные бетонные конструкции.
  • Используют в формировании самоуплотняющихся бетонов.
  • Применяют для стабилизации бетонного раствора.
  • Используют для сокращения периода застывания продукта.
Характеристики
  • позволяет дольше сохраняться бетонному раствору;
  • уменьшает потребление воды при замешивании;
  • улучшает укладываемость раствора;
  • препятствует чрезмерному разжижению бетонного раствора;
  • делает готовые материалы гораздо прочнее;
  • уменьшает подвижность бетонного раствора;
  • снижает количество применяемого цемента.

PLASTPLUS

Высокопроизводительная модификация, относящаяся к категории последнего поколения пластифицирующих компонентов.

Достоинства использования
  • повышение прочности готового продукта;
  • сокращение периода застывания;
  • уменьшение объема потребляемого цемента;
  • позволяет дольше сохранять бетонный раствор.
Сфера использования
  • производят железобетонные конструкции;
  • изготавливают самотвердеющие бетонные материалы;
  • применяют при производстве густоармированных изделий;
  • используют при создании высокопрочного бетона;
  • изготавливают материалы с повышенными требованиями к морозостойкости.

PKF -70

Компонент негорюч, обладает несильным техническим ароматом. Достаточно токсичный пластификатор, по классу опасности относится к 3 типу. Однако компонент при долгом хранении не выпадает в осадок.

Данная добавка дает возможность работать с бетонным раствором при минимальных температурах за счет увеличения подвижности самой смеси. Результативность процесса объясняется особым влиянием пластификатора на бетонный раствор. Благодаря наличию в составе эфира поликарбоксилата, появилась возможность уменьшить количество потребляемого цемента и воды. За счет особого состава пластификатора, при уменьшении температуры воздуха, минимальное количество воды поддается гидратации с частицами цемента. Основная масса остается в связанном состоянии.

Преимущества применения
  • особый состав позволяет ускорять период застывания бетонного раствора;
  • готовый продукт получается более прочным;
  • увеличивает показатель гидратации частиц цемента;
  • специальные компоненты состава не дают замерзать раствору даже при температуре -20С;
  • пластификатор увеличивает подвижность бетонного раствора;
  • позволяет снизить объем применяемой воды;
  • уменьшает количество необходимого цемента;
  • повышенный показатель морозостойкости;
  • гораздо более высокая водонепроницаемость;
  • возможно использование в любом классе бетона;
  • не нуждается в дополнительных манипуляциях по перемешиванию;
  • исключает расслоение раствора;
  • уменьшает время, необходимо для вибрационных операций;

Специалисты не рекомендуют слишком сильно уменьшать количество применяемого цемента, если работы проходят при температуре -10С.

Сфера применения
  • производят железобетонные конструкции;
  • изготавливают преднапряженные бетонные материалы;
  • используют в изготовлении товарных бетонных материалов;
  • используют в изготовлении безпропарочных бетонных и железобетонных конструкций;
  • используют при бетонировании дорожного покрытия;
  • применяют при бетонных работах в минусовую температуру.

Вывод

Определиться с выбором пластифицирующего компонента не так то просто, ведь нужно изучить массу нюансов. В первую очередь все зависит от ваших целей и потребностей.

Каждый из описанных выше пластификаторов отличается своими достоинствами и сферами применения. Однако после изучения всего перечня, определится с выбором будет легко.

kladembeton.ru

СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРЫ

Добавки в бетон Справочное пособие

Обычные водопонизители способны уменьшить водопот - ребность бетонной смеси при­мерно на 10—15%. Более сильное водопонижение воз­можно лишь при их введе­нии в повышенной дозировке, однако при этом наблюда­ются такие нежелательные эффекты, как усадка, сильное воздухововлечение, отделение воды, расслоение смеси и ухудшение процессов твердения бетона.

Суперпластификаторы при­надлежат к новому классу водопонизителей, отличающих­ся от традиционных по хи­мической природе и способности снизить водопотребность до 30%. Добавки этого класса известны под разными назва­ниями: суперпластификаторы, суперразжижители, суперво­допонизители и высокоэффек­тивные водопонизители. Про­изводство их впервые было ор­ганизовано в Японии и несколь­ко позже в ФРГ.

К преимуществам исполь­зования суперпластификаторов относят получение бетонных смесей с высокой удобообра- батываемостью и простотой укладки и производство вы­сокопрочных бетонов с нор­мальной удобообрабатыва - емостью при сильно понижен­ном содержании воды. Возмож­ны и промежуточные вариан­ты: более высокая, чем обычно, удобообрабатываемость бетон­ной смеси при ее меньшей водопотребности или понижен­ный расход цемента, но при нормальных технологичности бетонной смеси и прочности бе­тона.

4.1.1. Классификация. Обы­чно суперпластификаторы де­лят на четыре группы: продук­ты конденсации сульфирован­ного нафталина с формальде­гидом (СНФ), меламинсуль - фокислоты с формальдегидом (СМФ), модифицированные лигносульфонаты (МЛС) и дру­гие вещества, включая эфиры сульфокислот, углеводов и т. д. Однако наиболее эффективные из них — СМФ и СНФ, выпус­каемые в виде натровых солей соответствующих сульфокис­лот.

В основе молекул лигно­сульфонатов — фенилпропан с гидроксильными, метоксильны - ми, карбонильными и суль- фогруппами; молекулярная масса лигносульфонатов — от нескольких сот до 100 000, СМФ — порядка 30 000.

Для СНФ значения я =10, так как при меньшей моле­кулярной массе он, снижая поверхностное натяжение воды, будет вовлекать воздух[8]. Дан­ные о технических (промыш-

Размер частиц, мкм

Рис. 4.1. Влияние диспергаторов на кривые распределения частиц цемента по размерам [2]

1—сухой цемент; 2— цемент-t-вода; заштрихо­ванная область: цемент+вода-|-СНФ, СМФ или ЛС

А |

Рис. '4.2. Влияние суперпластификато - ра на подвижность цементного теста

А — цемент + вода; В — то же+суперпластифи - катор

Ленных) суперпластификато­рах, выпускаемых в США, приведены в табл. 4.1.

4.1.2. Пластифицирующее действие. Как показало элект­ронно-микроскопическое иссле­дование, введение суперплас­тификатора приводит к диспер­гированию частичек цемента в цементно-водной суспензии, тогда как без добавки частички в воде агрегированы.

На рис. 4.1 показано, как изменяется кривая распреде­ления частиц цемента по разме­рам при введении в цементно - водную суспензию СМФ и СНФ. Как видно, при этом сильно возросло содержание мелких частиц [2]. О разжижающем действии 0,3% СМФ свидетель­ствует рис. 4.2; в присутствии этой добавки цементная паста способна растекаться подобно жидкости.

4.1.3. Области применения и ограничения. Литая бетонная смесь с суперпластификатором может быть легко уложена в густоармированные конструк­ции, при этом снимается проб­лема вибрирования смеси. Простота укладки литого бе­тона и оперативность такого процесса, не требующего виб­рации или нуждающегося лишь в ограниченной вибрации, де­лают подобную технологию при­годной для укладки бетонной смеси в фундаменты, пролеты мостов, дороги, междуэтажные перекрытия, настилы кровель и т. д. Существенно облегча­ется перекачка бетонной смеси в присутствии суперпластифи­каторов. Эти добавки успешно применяют при необходимости закачки бетонной смеси в тонне­ли, для предотвращения под­нятия подземных вод, заделки трещин, при проведении рестав­рационных работ и т. д. Су­перпластификаторы используют в промышленности сборного железобетона, так как уже че­рез 8—18 ч они обеспечивают прочность бетона до 40 МПа

Или снижение расхода цемента. Их применяют также для полу­чения высокопрочного бетона (прочностью при сжатии выше 100 МПа). Кроме того, облег­чается диспергирование пиг­ментов.

Другие важные области при­менения суперпластификато­ров — изготовление бетона с высокой непроницаемостью, улучшенным качеством поверх­ности и пониженной усадкой, что обеспечивает значительный экономический эффект.

Кроме перечисленных супер­пластификаторы обладают спо­собностью улучшать другие свойства бетонов, например благодаря существенному сни­жению водоцементного отноше­ния повышать долговечность; расширяется возможность ис­пользования шлакопортландце - мента, золоцемента и бетонов с дисперсным армированием, а также изготовления легких бе­тонов. Таким образом, действие суперпластификаторов распро­страняется не только на порт­ландцемент, но и на другие цементные системы.

Однако не следует полагать, что суперпластификаторы мож­но применять без каких-либо ограничений. Так, для бетонных смесей с этими добавками ха­рактерна быстрая потеря под­вижности. Требуется еще по­нять причинные связи между используемыми материалами, методами и внешними услови­ями, влияющими на этот эф­фект. Предстоит установить также, насколько совместимы суперпластификаторы с добав­ками других типов: ускорителя­ми, замедлителями и др. Хотя эффективность суперпластифи­каторов зависит от удельной поверхности цемента и содер­жания в нем СзА, гипса и ще­лочей, пока не определены окон­чательные зависимости.

Использование суперпласти­фикаторов вызывает необходи­мость изменения традиционной технологии приготовления бе­тонной смеси: для исключения ее расслоения требуется изме­нить соотношение между це­ментом, песком и крупным за­полнителем. Кроме того, следу­ет учитывать, что высокопод­вижные бетонные смеси оказы­вают большее давление на фор­мы, поэтому последние должны обладать определенной проч­ностью. Литые бетонные смеси трудно укладывать при угле наклона поверхности более чем на 3° к горизонту. При исполь­зовании сильно подвижных сме­сей с суперпластификаторами возникают трудности при отде­лочных операциях: необходимо принимать во внимание возраст смеси.

Во многих случаях превыше­ние содержания суперпласти­фикатора в сравнении с нор­мальным может привести, с одной стороны, к повышению пластифицирующего действия, а с другой — к нежелатель­ным побочным эффектам. Хотя самым сильным действием об­ладают суперпластификаторы меламин - и нафталинформаль - дегидного типа (СМФ и СНФ) их эффект зависит от моле­кулярной массы и от вида ка­тиона. Следовательно, пока установлены лишь главные за­кономерности действия супер­пластификаторов; в ближайшие годы будут получены дополни­тельные данные, особенно ка­сающиеся поведения бетонов с суперпластификаторами при их длительной эксплуатации, что позволит разработать стандар­ты и технические условия на эти добавки. Будущее супер­пластификаторов будет зави­сеть и от их стоимости, а глав­ное — от общего экономическо­го эффекта их применения в строительстве. Таким образом, использование суперпластифи­каторов не исключает приме­нения ранее известных пласти­фикаторов в ряде традицион­ных областей строительства.

8.5.1. Прочность бетона. Положительное влияние боль­шинства противоморозных до­бавок на микроструктуру це­ментного камня, его поровую структуру и зону контакта с за­полнителем проявляется в улуч­шении физико-механических по­казателей бетона. Однако в свя­зи с …

9.10.1. Общие положения. Добавки, используемые в тор - крет-бетоне, обычно подразде­ляются на четыре категории: ускорители, воздухововлекаю - щие агенты, замедлители и мелкоизмельченные инертные или активные гидравлические добавки. Однако, поскольку добавки …

Долговечностью бетона на­зывается его способность дли­тельно, в предусмотренных проектами пределах, сохранять свои эксплуатационные свойст­ва. Противоморозные добавки по-разному влияют на долго­вечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-ми- нералогического и веществен­ного …

msd.com.ua

ДЕЙСТВИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ЦЕМЕНТНЫЕ ПАСТЫ

Добавки в бетон Справочное пособие

Хотя цемент составляет меньшую часть бетонной смеси и бетона, его влияние на мно­гие свойства материалов чрез­вычайно велико. Роль супер­пластификаторов становится понятной при исследовании их влияния на реологию, адсорб­ционную способность, гидрата­цию и дзета-потенциал (^-по­тенциал) цементной пасты, а также составляющих ее мине­ралов.

4.2.1. Реология. Тип и со­держание цемента в бетонной смеси определяют многие ее свойства, в том числе реоло­гические, которые характери­зуются величиной деформаций под нагрузкой. Эти исследова­ния нужны и для объяснения роли суперпластификаторов в цементном тесте. Реология це­ментной пасты зависит от водо - цементного отношения, типа цемента, его удельной поверх­ности, технологии смещения и времени, прошедшего после смешения, а также от темпе­ратуры.

Для этой цели используют вискозиметр, с помощью кото­рого измеряют величину дефор­мации в функции от напряже­ния сдвига. В случае если течение жидкости начинается при сколь угодно малом напря­жении сдвига, прямо пропор­ционально ему и прямая про­ходит через начало координат, говорят о ньютоновской жид­кости. У неньютоновских жид­костей не наблюдается постоян­ства отношения между напря­жением сдвига и деформация­ми. Цементные пасты можно рассматривать приближенно как тела Бингама, описываемые уравнением

T=T;,+ HpV,

Где т — напряжение сдвига; ту — то же при т = 0—предельное динамическое напряжение сдвига; /л,, — пластическая вязкость; v — градиент скорости сдвига.

Суперпластификаторы ока­зывают существенное влияние на реологию цементных паст: они уменьшают предельное напряжение сдвига и пласти­ческую вязкость. По данным [3], введение 0,8% СНФ сни­зило значение Ту почти до нуля.

На рис. 4.3 показано отно­сительное значение Ту в зависи­мости от количества СМФ. Как видно, значение т,, = 0 при вве­дении 1% СМФ.

При постоянном В/Ц вяз­кость и общая нагрузка, обес­печивающая начало деформа­ции смеси, при введении су­перпластификатора снижаются, что можно объяснить его ад­сорбцией и влиянием на ^-по­тенциал.

Рис. 4.3. Влияние дозировки СМФ на относительную текучесть цементного теста (доверительный интервал — 90%) [3J

Копичество СМФ, %

Рис. 4.4. Влияиие количества добав­ленного СНФ, %, на кинетику изме­нения вязкости цементного теста

На рис. 4.4 изображено изменение вязкости цементной пасты с СНФ в зависимости от времени ее хранения [4]; вид­но, что во всем интервале выбранных экспозиций вязкость пасты с добавкой ниже, чем у эталона.

Установлено также, что подвижность цементной пасты при содержании 1% суперплас­тификатора и В/Ц = 0,3 оказа­лась эквивалентной подвижнос­ти пасты без добавки с В/Ц = = 0,4. Однако реологические характеристики цементных паст, полезные для оценки по­ведения бетонных смесей, нуж­но переносить на последние с определенной осторожностью. Так, суперпластификаторы, уменьшая и предельное нап­ряжение сдвига, и пластичес­кую вязкость теста, могут как понизить, так и повысить эту характеристику свежей бетон­ной смеси в зависимости от соотношения между компонен­тами [3].

4.2.2. Адсорбция. Дисперги­рующее действие суперпласти­фикаторов связывают с их взаимодействием с цементом и его компонентами. Информа­цию о реологических характе­ристиках цементных паст и сроках их схватывания можно получить, исследуя адсорбцию суперпластификаторов на про­дуктах гидратации цемента. Адсорбцию можно оценить по количеству суперпластификато­ра, оставшегося неадсорбиро - ванным в системе, содержащей кроме него цемент и воду.

Концентрацию суперпласти­фикатора, оставшегося в вод­ном растворе, определяли спектрометрическим методом. Содержание СМФ оценивали по характерной для этой добавки длине волны 219 нм [5].

Добавки были в свободном состоянии (растворены в воде) или сорбировались после сме­шения с цементом, СзА и C3S при протекании процессов гидратации в течение разных сроков (рис. 4.5). Как видно, уже через несколько секунд СМФ в заметном количестве сорбируется на алюминатной фазе [6]. Как известно, гек­сагональные гидроалюминаты способны необратимо сорби­ровать большие количества СМФ с образованием комплек­сов между ними, что объясняет причины замедления перехода этих фаз в кубический С3АН6. Механизм этого процесса ана­логичен описанному для гидра­тации СзА в присутствии лигно­сульфоната кальция [7, 8].

Исследование адсорбции СМФ на C3S показывает, что в первые часы адсорбция мала-, а после 5 ч ее возрастание объясняется как диспергирую­щим действием добавки, так и гидратацией C3S. Адсорбция СМФ на цементе зависит от экспозиции: после мгновенной адсорбции в течение 4—5 ч наб­людается плато, свидетельст­вующее о ее прекращении, за­тем снова адсорбция возраста­ет, очевидно, на продуктах гидратации C3S.

0,050,0В 0,10,25 0J5 1 2 5 10 t,4 і і 5мин 15 мин

Рис. 4.5. Кинетика адсорбции СМФ на гидратирующихся цементе, СзА и C3S

(1ч или 2 сит) 3 0»ан__- О J'-"

-* 15мин

Рис. 4.6. Кинетика адсорбции СМФ на фазах С3А + гипс, предварительно гид - ратированных в течение разного вре­мени [б]

Роль суперпластификаторов в первые часы их контакта с цементом очень важна для понимания их пластифицирую­щего действия. Исследования адсорбции СМФ в системе С3А-)-гипс, прегидратирован - ной в течение разного перио­да времени, показали (рис. 4.6) следующее [5]: смесь, ко­торая не подвергалась прегид - ратации, адсорбировала почти весь СМФ в течение несколь­ких минут. Степень и количест­во адсорбированного СМФ меньше у смеси, прегидрати - рованной в течение 5—30 мин. В этих пробах адсорбция про­текала на поверхности С3А, поэтому в дальнейшем диффу­зия СМФ замедлилась. Воз­можно, что если бы прошло достаточно времени, то сорби­ровался бы весь СМФ. В воз­расте от 6 ч до 2 сут основ-

Рис. 4.7. Влияиие количества адсор­бированного СНФ на осадку цемент­ного теста (мини-конус) [ 101

-ч р ' ' ' і і і. і

2 U 6 8 10 12 W 16 Равновесная концентрация, г/л

Рис. 4.8. Зависимость адсорбции СНФ на цементном тесте из цемента типов I—III от равновесной концентрации добавки [121

Ными фазами были моносуль - фоалюминат кальция и QA.

Известно, что моносульфо - алюминат кальция сорбирует большое количество суперплас­тификатора [9]. Эксперименты по десорбции СМФ показали, что он адсорбировался необра­тимо. По-видимому, имели мес­то поверхностная хемосорбция или химическое взаимодействие между СзА или смесью СзА-гйпс и СМФ.

Повышение эффективности суперпластификаторов при их введении через несколько минут после затворения цемента водой можно объяснить следующим: при введении суперпластифи­катора непосредственно с водой затворения он взаимодействует с продуктами реакции С3А с гипсом, поэтому в жидкой фазе остается только небольшая часть этой добавки, недостаточ­ная для диспергирования си­ликатных фаз. При более позд­нем введении суперпластифи­катора уменьшается его адсорб­ция на алюминийсодержащих фазах и остающейся добавки хватает для диспергирования силикатов и снижения вязкости системы. Количество суперплас­тификатора, адсорбированного на цементе, может быть сопос­тавлено с удобообрабаты - ваемостью бетонной смеси. От­мечено [10], что величина осад­ки конуса возрастает с увели­чением адсорбции добавки (рис. 4.7). В других сериях опытов определена осадка ми­ни-конуса при введении СНФ в виде мономера и полимера. Более позднее введение приво­дит к возрастанию осадки с 15 до 95 см. Адсорбция добав­ки в целом выше при большем значении В/Ц{ 11].

В работе [12] изучены ад­сорбционные характеристики при введении СНФ в составы на трех типах цемента. На рис. 4.8 представлена функцио­нальная зависимость адсорбции СНФ от ее равновесной кон­центрации. Оказалось, что по количеству адсорбированного СНФ на трех типах цемента их можно расположить в ряд: цемент типа Ш> цемент ти­па 1> цемент типа II.

Аналогично располагаются эти цементы и по отношению в них C3A/SO3. Тот факт, что главный фактор, влияющий на адсорбцию добавки,—содержа­ние С3А в цементе, становится очевидным и из следующих данных: для получения одина­ковой удобообрабатываемости требуется ввести больше су­перпластификатора в смеси на цементе типа I в сравнении с цементом типа V [13].

4.2.3. Дзета-потенциал (£-

Потенциал). Стабильность кол­лоидных частиц обычно зависит от их заряда в результате адсорбции на них ионов. Если частицы имеют одноименные заряды, они взаимно отталки­ваются одна от другой, что предотвращает их слипание. Гидратированный цемент и осо­бенно гидросиликаты кальция находятся в виде частиц крайне малых размеров и в присутст­вии некоторых добавок диспер­гированы. Следовательно, к ним применим общий коллоидно-хи - мический подход.

В общем виде, если две фазы контактируют одна с другой, следует учитывать их электри­ческие заряды. Так, если они находятся в ионизированном состоянии или при этом при­сутствуют ионогенные группы, то проявляется тенденция к неоднородному распределению зарядов между ними. Скачок потенциала на границе между дисперсной фазой и дисперсион­ной средой может быть доста­точно велик.

Адсорбционный слой ионов наиболее плотный, диффуз­ный—более рыхлый. В резуль­тате образуется двойной элект­рический слой, причем раз­ность потенциалов между внеш­ним фиксированным слоем ад - сорбата и объемом дисперсион­ной среды можно охарактери­зовать величиной электрокине­тического или ^-потенциала. Он может оценить плотность адсорбционно связанных ионов. Так, ^-потенциал на границе вода—стекло, равный —0,05 В, можно связать с адсорбцией на стекле ОН-ионов.

Стабильность коллоидных систем — функция ^-потенциа­ла, и следовательно, его опре­деление позволяет изучить ме­ханизм действия суперпласти­фикаторов на гидратацию це­мента. Измерение ^-потенциала возможно на основе изучения электроосмотического переноса в мембранах (или диафрагмах) по результатам исследования электрокапиллярных явлений путем измерения потенциала оседания (эффект Дорна) или потенциала течения (протека­ния) .

Силы притяжения, дейст­вующие между твердыми части­цами цементно-водной суспен­зии, могут привести и к их уплотнению. Такие добавки, как лигносульфонаты, сорби - руясь на твердых частицах, приводят к их электростати­ческому отталкиванию и снижа­ют вязкость системы [8, 14— 18]. В работе [19] показано, что благодаря адсорбции таких анионактивных поверхностно - активных веществ, как продук­ты конденсации нафталинсуль - фокислоты с формальдегидом, удается нейтрализовать силы

Рнс. 4.9. Зависимость дзета-потенциала от концентрации СНФ в суспензии цемента через 15 и 1200 мин контакта цемента с жидкой фазой [21]

Концентрация суперпластификатора,%

Рис. 4.10. Зависимость дзета-потенци­ала суспензий алита и СзА от кон­центрации суперпластификатора [20]

Притяжения между частицами цемента.

Исследовано изменение потенциала в водных суспензи­ях цемента, алита, СзА и Са(ОН)г в присутствии супер­пластификаторов [10, 20, 21]. Из рис. 4.9 видно, что введе­ние добавок СНФ приводит к сильному смещению t-потен - циала в отрицательную область, однако со временем он изменя­ется, оставаясь все же зна­чительным и после 20 ч.

Аналогично обстоит дело и с ^-потенциалом при введении суперпластификатора в суспен­зии С3А и алита (рис. 4.10).

Большое отрицательное значе­ние ^-потенциала зафиксирова­но и в системе СзА-гипс [22]. Хотя для водной суспензии Са(ОН)г характерно положи­тельное значение ^-потенциала (порядка+ 33,5 мВ), введение СНФ изменяет его до отрица­тельного значения, что свиде­тельствует об адсорбции добав­ки. Совместное введение супер­пластификатора и замедлителя схватывания в меньшей степени влияет на величину ^-потенциа­ла.

Удобообрабатываемость це­ментных паст зависит от време­ни введения суперпластифика­тора и обычно выше тогда, когда его добавляют через несколько минут после затво­рения цемента водой. Из рис. 4.11 следует, что соответствен­но и ^-потенциал при этом имеет более отрицательное зна­чение, чем в том случае, ког­да добавка была введена с во­дой затворения [11].

Полученные данные позво­ляют предположить, что эффект водопонижения в присутствии суперпластификатора связан с его диспергирующей способ­ностью, выраженной через потенциал. По-видимому, опре­деленное число сульфогрупп, соединенных с полимером, обес­печивает существенную адсорб­цию добавки на поверхности частиц и их диспергирование.

Предпринята попытка найти корреляционную связь между ^-потенциалом и адсорбцией добавок. Установлено (рис. 4.12), что обе эти характерис­тики возрастают с увеличением концентрации суперпластифи-

0,5 1,0 1,5

Концентрация суперпластификатора,%

Рис. 4.11. Зависимость дзета-потеици - ала цементной суспензии от времени добавления суперпластификатора при введении добавки с водой затворения (/) и иа более позднем этапе (2) [11]

0,5 1,0 Концентрация пластификатора, %

Рис. 4.12. Зависимость дзета-потен­циала (/) и степени адсорбции (2) цементной суспензии от концентрации суперпластификатора [11]

Катора, вводимого в цементную пасту [11].

4.2.4. Гидратация цемента и микроструктура цементного камня. Степень гидратации цемента и его составляющих зависит от присутствия супер­пластификаторов. Изучение процессов гидратации позволи-

Рис. 4.13. Термокинетические кривые для СзА, гидратирующегося без до­бавки и в присутствии 2 % СМФ [6]

Ло понять, как эти добавки влияют на сроки схватывания цемента и удобообрабатыва - емость цементных паст.

Большинство работ посвя­щено исследованию влияния суперпластификаторов на про­цессы гидратации С3А и С3А-(- - j- гипс. Эти данные противоре­чивы, поскольку влияние су­перпластификаторов зависит от их дозировки, водотвердого отношения и соотношения, СзА : гипс, температуры и мо­лекулярной массы добавки. Су­ществует единое мнение отно­сительно того, что СНФ и СМФ замедляют гидратацию С3А [5, 23, 24]. На рис. 4.13 показаны кинетические кривые кондуктометрической кало­риметрии С3А, гидратировав - шегося как в присутствии 2% СМФ, так и без добавки, подтверждающие сказанное [6].

Обращает на себя внимание кинетика гидратации смеси С3А-|-гипс в присутствии су­перпластификаторов. По этому вопросу высказывались различ­ные соображения: добавки ус­коряют, замедляют и не влия-

І), ка/і/іг ю

1—1—ГГ " Сі і

1 ' ' '

) Г і I Г

-т—г- г t

- ^У

■L

5 10 15 t,4

Рис. 4.15. Термокинетические кривые для C3S, гидратирующегося при раз­ной дозировке СМФ, % [6]

V, кал/іг ч)

5 Ю 15 t, q

Рис. 4.16. Термокинетические кривые для цемента, гидратирующегося при разной дозировке СМФ, % [6]

Ют на процессы гидратации. Поскольку соотношения ком­понентов в исходных смесях и их свойства различны» как неодинаковы и методы иссле­дования, нельзя провести срав­нение этих данных [25—27]. Однако установлено, что в целом суперпластификаторы замедляют превращение эт­трингита в моносульфоалюми - нат кальция (рис. 4.14). Это можно объяснить адсорбцией добавки на продуктах гидра­тации СзА.

Как видно из анализа рис. 4.15, введение СМФ в разных дозах приводит к замедлению процессов гидратации C3S, при­чем с ростом концентрации добавки до 4% усиливается и ее тормозящее гидратацию действие. Ясно также, что изме­няется и соотношение между СаО и Si02 в C-S-H: оно возрастает с 1,19 до 1,21 [29].

В связи с адсорбцией части суперпластификатора на про­дуктах гидратации СзА его замедляющее действие на C3S в цементе хотя и сохраняется, но оно не так велико, как при изучении чистого алита. Образование эттрингита может ускорить или замедлить процесс гидратации C3S в зависимости от содержания сульфатов ще­лочных металлов в цементе [2]. Изменяется также соот­ношение между СаО и Si02 в C-S-H. Замедление гидратации C3S в цементе в присутствии разных доз СМФ видно из дан­ных рис. 4.16: пик на калори­метрических кривых через 5 ч уменьшается с увеличением содержания добавки [6].

Рис. 4.14. Термокинетические кривые для системы СзА+гипс+НгО, гидра - тирующейся при разной дозировке СМФ, % [5]

В работе [30] с помощью того же калометрического ме­тода изучено влияние содержа­ния гипса на гидратацию цемен­та без добавок и в присут­ствии суперпластификатора. Цель работы — объяснить поте­рю подвижности смеси. Уста­новлено, что при 25 °С опти­мальное содержание SO3 в це­менте на 1 % больше, чем в составах без добавки. По-види­мому, замедляющее действиесуперпластификаторов зависит от вида катиона в составе добавки. Так, время, необходи­мое для достижения максимума на кривых тепловыделения цемента типа I с добавкой СНФ с катионами Nh5, Со, Мп, Li и Na, составило соот­ветственно 12,75; 11,5; 10,5; 10,25 и 9,25 ч. Точные сведения, позволяющие объяснить меха­низм процессов, приводящих к этим результатам, отсутству­ют [31]. Данных о микрострук­туре цементного камня с су­перпластификаторами немного. При электронно-микроскопи­ческом исследовании системы СзА—CaS04-2h30—Н20 в присутствии 1% СНФ и без до­бавки (контроль) установлено, что в контрольных пробах через' 30 мин образуются сгруппиро­ванные в пакеты удлиненные кристаллы эттрингита; СНФ способствует формированию бо­лее тонких игл эттрингита.

Указанные различия в мор­фологии кристаллов можно связать с потерей подвижности смеси [27]. Обнаружено раз­личие в морфологии эттрингита и через 1 ч после введения суперпластификаторов по сравнению с контролем [25].

Электронно-микроскопичес­кие наблюдения за кинетикой гидратации C3S (В/Ц = 0,6) без добавки и с СМФ показали, что и после 6 мес отмечались различия в морфологии' гидро­силикатов: введение СМФ спо­собствовало получению более компактных, менее пористых структур [29].

Хотя при гидратации це­ментных паст в присутствии суперпластификаторов не об­наружено существенных разли­чий между их морфологией и морфологией цементного камня в таких же системах без до­бавок, тем не менее введение суперпластификаторов приво­дит к формированию более дисперсных структур из гидрат - ных фаз.

4.2.5. Оценка качества доба­вок — важная задача в теоре­тическом и практическом плане, так как иногда отсутствие по­добных сведений может привес­ти к негативным последствиям. Методы анализа требуют экс­трагирования добавки, что не всегда возможно. Поэтому предлагается анализировать качество добавок типа СНФ, СМФ и МЛС путем их экстрак­ции 10%-ным раствором ЫагСОз. После фильтрации и центрифугирования пробу раст­вора анализируют с помощью спектрофотометра в ультрафио­летовой области спектра. Иден­тификацию МЛС, СМФ и СНФ проводят на основе длины волн соответственно 340, 220 и 250 нм.

Качество лигносульфонатов можно также определять путем их экстракции раствором NaOH и измерением спектров погло­щения при длине волны 520 нм.

8.5.1. Прочность бетона. Положительное влияние боль­шинства противоморозных до­бавок на микроструктуру це­ментного камня, его поровую структуру и зону контакта с за­полнителем проявляется в улуч­шении физико-механических по­казателей бетона. Однако в свя­зи с …

9.10.1. Общие положения. Добавки, используемые в тор - крет-бетоне, обычно подразде­ляются на четыре категории: ускорители, воздухововлекаю - щие агенты, замедлители и мелкоизмельченные инертные или активные гидравлические добавки. Однако, поскольку добавки …

Долговечностью бетона на­зывается его способность дли­тельно, в предусмотренных проектами пределах, сохранять свои эксплуатационные свойст­ва. Противоморозные добавки по-разному влияют на долго­вечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-ми- нералогического и веществен­ного …

msd.com.ua


Смотрите также