CC BY
50
ВЕСТНИК 10/2012
УДК 691.53
В.С. Семенов, Д.В. Орешкин, Т.А. Розовская
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
СВОЙСТВА ОБЛЕГЧЕННЫХ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ С МИКРОСФЕРАМИ ДЛЯ ЗИМНИХ УСЛОВИЙ
Представлены результаты исследований облегченных кладочных растворов с полыми стеклянными микросферами (ПСМС) и противоморозными добавками (ПМД) для кладки ограждающих конструкций из эффективных мелкоштучных элементов при отрицательных температурах. Выбраны ПМД для растворов и обоснован их расход. Определены основные свойства кладочных растворов с ПСМС и ПМД. Использованы стандартные методики исследований. Основное внимание уделено анализу прочности растворов с ПСМС и ПМД, сформированных при положительных и отрицательных температурах. Определены оптимальные составы растворов для условий с температурой до -10 °С. Приведены результаты микроструктурного анализа оптимизированных составов.
Научные исследования проводятся в рамках государственного контракта ГК № 16.552.11.7025 от 29.04.2011 г.
Ключевые слова: кладочные растворы, облегченные цементные растворы, «теплые» растворы, полые стеклянные микросферы, противоморозные добавки, растворы для зимних работ.
В настоящее время приоритетным направлением развития строительной науки является энергосбережение и повышение энергетической эффективности зданий и сооружений. Элементом решения данной проблемы является разработка эффективных строительных материалов и ограждающих конструкций. Известно, что использование многослойных ограждающих конструкций ведет к снижению коэффициента их термической однородности [1]. В этой связи наиболее перспективной является разработка наружных однослойных ограждающих конструкций зданий, соответствующих нормативным требованиям по теплозащите.
Однако однослойные ограждающие конструкции, которые удовлетворяют требованиям по теплозащите, должны иметь среднюю плотность не выше 500 кг/м3. Таким требованиям соответствуют материалы из ячеистого бетона, полистиролбе-тона, пенокерамобетона и т.п. Монолитность подобных конструкций обеспечивается использованием растворов на минеральных, минерально-полимерных и полимерных связующих [2—3]. Обладая высокой средней плотностью и высоким коэффициентом теплопроводности, такие растворы в конструкции являются мостиками холода, не обеспечивают термической однородности ограждающей конструкции и снижают ее термическое сопротивление.
Решением проблемы является использование облегченных кладочных растворов («теплых» растворов). Такие растворы на традиционных облегчающих наполнителях (как, например, вспученный перлитовый и вермикулитовый пески) имеют повышенную водопотребность, и, как следствие, крайне низкую прочность. В последнее время в качестве облегчающего наполнителя для кладочных растворов находят применение полые стеклянные (ПСМС) или керамические (КМС) микросферы [4]. Так, в [1] разработаны научные основы применения таких композиций с ПСМС. Получен кладочный раствор, обладающий следующими свойствами: средняя плотность раствора в сухом состоянии — 450 кг/м3 при коэффициенте теплопроводности 0,17 Вт/(м°С) и прочности на сжатие в возрасте 28 сут — 3,2 МПа, водоудерживающей способностью более 90 %, оптимальными технологическими и реологическими характеристиками [4].
Климатические условия РФ определяют необходимость ведения кладочных работ при отрицательных температурах. При этом, наиболее экономически выгодным и простым в технологическом плане способом, обеспечивающим протекание процессов гидратации цементных систем при отрицательных температурах, является введение в их состав противоморозных добавок (ПМД). В настоящее время на рынке строительных материалов присутствует большое количество «теплых» кладочных растворов в зимнем исполнении, в составе которых содержатся ПМД. Обзор научно-технической литературы [5] позволяет утверждать, что до настоящего времени не изучались структура и свойства облегченных цементных растворов с ПСМС и ПМД, сформированных при отрицательных температурах. Было предположено, что использование ПМД в облегченных кладочных растворах с ПСМС позволит получить раствор, пригодный для использования при температурах наружного воздуха до минус 10 °С, отвечающий всем нормативным требованиям и обеспечивающий набор требуемой прочности в условиях отрицательных температур.
Обзор современных ПМД для бетонов и строительных растворов [6] позволяет утверждать, что большая их часть относится к комплексным добавкам, содержащим в качестве «противоморозных» компонентов традиционные и хорошо известные модификаторы (хлористый кальций и натрий, поташ, нитрит и нитрат натрия, формиат натрия). Поэтому для чистоты эксперимента в работе использованы традиционные ПМД.
В работе использованы стандартные методики испытания [7, 8]. Подвижность кладочного раствора определялась по глубине погружения стандартного конуса массой 300 г. Плотность кладочного раствора определялась при помощи стального пикнометра вместимостью 100 см3. Сроки схватывания раствора определялись при помощи прибора Вика. Определение водоудерживающей способности кладочного раствора выполнялось при помощи устройства ОВС. Прочность раствора при изгибе и сжатии определялась на образцах — балочках размером 4*4*16 см.
В качестве вяжущего применялся портландцемент ПЦ 500-Д0 Старооскольского цементного завода. В качестве наполнителя использованы ПСМС из натрийбороси-ликатного стекла 3M™ Glass Bubbles, тип К25 (Бельгия) со средней плотностью 250 кг/м3 и минимальной прочностью при гидростатическом сжатии (10 % разрушение) 5,2 МПа. В качестве пластифицирующей добавки в работе использован суперпластификатор С—3 в дозировке 0,75 % от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Для сохранения жизнеспособности кладочных растворов с добавкой поташа использован замедлитель схватывания Centrament Retard 390 (MC-Bauchemie), по химической природе представляющий водный раствор смеси полисахаридов и полифосфатов.
В исследованиях использованы следующие противоморозные добавки: хлорид кальция (CaCl2), хлорид натрия (NaCl) нитрит натрия (NaNO2), нитрат натрия (NaNO3), поташ (К2СО3), формиат натрия (HCOONa). Основное внимание было уделено анализу результатов для растворов с добавками поташа, нитрита, нитрата и формиата натрия. Растворы с добавкой хлористых солей практического интереса не представляют, поскольку их применение для кладки стен жилых и общественных зданий запрещено действующими нормативными документами [9]. Однако, эти добавки также использованы в исследованиях с целью сопоставления результатов.
Важным моментом в подборе составов бетонов и растворов для зимних работ является определение оптимальной концентрации противоморозного модификатора. В фундаментальных работах по зимнему бетонированию установлено, что если назначать количество добавок от массы цемента, не учитывая расход воды, то температура замерзания раствора затворения в зависимости от В/Ц раствора может отличаться более чем в 2 раза [10]. Очевидно, что при таком положении вещей при больших значениях В/Ц (0,7...1,2), характерных для растворов с ПСМС, в цементный раствор необходимо вводить значительно большее количество ПМД, нежели рекомендуется
ВЕСТНИК
10/2012
для бетонов с В/Ц = 0,45...0,55. Исходя из данного положения, в [5] был проведен расчет требуемого количества противоморозного модификатора для кладочных растворов с ПСМС.
Составы облегченных кладочных растворов с ПСМС и ПМД подбирались из условия обеспечения подвижности 8.10 см (согласно [7]).
Расход противоморозных добавок принимался по расчету в соответствии с [5] в зависимости от фактического водоцементного отношения и температуры твердения растворов. Для растворов, твердеющих при температуре -5 °С, приняты следующие расходы ПМД, % от массы портландцемента: хлористый кальций — 6; формиат натрия — 5, нитрит, нитрат, хлорид натрия и поташ — 7. Приведенные расходы ПМД являются достаточно высокими и определяются, в частности, повышенной водопо-требностью раствора.
Составы и свойства облегченных кладочных растворов с ПСМС и ПМД приведены в табл. 1. Сроки схватывания растворов определялись при температуре 20 °С.
Табл. 1. Составы и свойства кладочных растворов с 15 % ПСМС и противоморозными добавками (ПК = 8.10 см)
Состав, масс. % В/Ц Средняя плотность, кг/м3 Водоудер-живающая способность, % Сроки сх! ч-м начало атывания, ин конец
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) (контрольный) 0,56 1085 97,1 4-30 5-15
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 6 CaCl2 0,7 1116 97,2 2-40 3-35
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 7 NaCl 0,56 1123 94,8 8-40 10-10
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 7 NaNO2 0,56 1123 94,3 11-05 12-30
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 7 NaNO3 0,56 1123 93,2 15-10 16-45
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 5 HCOONa 0,56 1118 95,0 13-00 14-40
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 7 K2CO3 0,56 1123 98,1 0-50 1-25
100 ПЦ + 15 ПСМС + + 0,75 (С-3) + 7 K2CO3 + + 0,7 CenRet 0,56 1123 97,8 3-15 5-20
При подборе составов кладочного раствора с ПСМС и ПМД установлено, что хлористый кальций увеличивает водопотребность раствора (для достижения требуемой подвижности) в среднем на 30 %. Введение добавки поташа вызывает мгновенную потерю подвижности и быстрое схватывание раствора. Для замедления схватывания в раствор с поташом вводился замедлитель схватывания Centrament Retard 390 фирмы MC-Bauchemie. Замедлитель вводился в количестве 0,7 % от массы цемента. При этом по срокам схватывания был получен оптимальный результат. Сроки схватывания растворов с добавками нитрата и формиата натрия оказываются завышенными. Так для раствора с нитратом натрия начало схватывания 15 ч 10 мин, а для раствора с формиатом натрия 13 ч. По показателю водоудерживающей способности все растворы соответствуют требованиям ГОСТ.
Исследованы свойства облегченных кладочных растворов с ПСМС и ПМД, сформированных в различных температурных условиях (при положительных и от-
рицательных температурах). При оценке эффективности действия противомороз-ных добавок основным контролируемым параметром является прочность раствора. Согласно [11], ПМД должна обеспечивать для раствора (бетона), твердеющего при отрицательной температуре, прочность не ниже 30 % прочности контрольного образца.
Проведен сравнительный анализ прочности кладочного раствора с противо-морозными добавками и без них, сформированного при температуре (20±2) °С. Результаты представлены в табл. 2. Прочность образцов определялась в возрасте 7, 14 и 28 сут. В результате данного исследования установлено, в какой степени ПМД влияют на конечную прочность кладочных растворов с микросферами.
Табл. 2. Прочность облегченного кладочного раствора с 15 % ПСМС и противоморозными добавками, сформированного при температуре (20±2) °С
Состав, масс. % Средняя плотность цементного камня, кг/м3 Прочность кладочного раствора в возрасте
7 сут 14 сут 28 сут
Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) (контрольный) 978 3,2 12,3 3,9 17,1 4,4 19,8
100 ПЦ + 15 ПСМС + 70В + + 0,75 (С-3) + 6 СаС12 1005 1,4 5,2 2,1 7,5 2,5 9,1
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №аС1 1012 3,2 12,1 4,3 15,4 4,6 17,8
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №N0, 1012 3,0 12,0 4,5 15,7 4,7 18,0
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №№03 1012 2,8 8,6 3,5 10,8 3,7 12,7
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 5 НС00№ 1008 3,2 12,5 4,0 14,8 4,3 16,9
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 К2С03 + + 0,7 СепЬе! 1012 2,4 7,6 3,1 10,2 3,3 12,6
В верхней строке табл. 2 приведены результаты для контрольного (без добавления ПМД) состава кладочного раствора с 15 % ПСМС. Для упрощения описания результатов обозначим прочность контрольного состава при сжатии в возрасте 28 суток словами «марочная прочность».
Прочность растворов с добавкой хлорида кальция (наиболее эффективного ускорителя) оказалась довольно низкой и составляет 46 % марочной прочности при сжатии и 57 % при изгибе. Связано такое снижение прочности с повышенным водо-цементным отношением по сравнению с контрольным составом (0,7 против 0,56) и, видимо, со структурой новообразований.
Растворы с добавкой хлорида и нитрита натрия характеризуются похожими физико-механическими показателями и имеют приблизительно одинаковые темпы прироста прочности. В возрасте 28 сут прочность при сжатии составляет 90 % марочной. А прочность раствора при изгибе в возрасте 14 и 28 сут превышает прочность контрольного состава, причем, эта динамика более заметна для раствора с добавкой нитрита натрия.
Для раствора с нитратом натрия отмечается существенное снижение прочности по сравнению с контрольными образцами, в особенности при сжатии, и некоторое снижение темпов прироста прочности при изгибе, начиная с 14- суточного возраста. В возрасте 28 сут прочность при сжатии составляет 64 % от марочной, а при изгибе — 84 %.
ВЕСТНИК 10/2012
Высокие прочностные показатели демонстрирует раствор с добавкой формиата натрия. В возрасте 7 сут прочность такого раствора идентична прочности контрольного состава, а в возрасте 28 сут прочность раствора с добавкой формиата натрия при сжатии составляет 85 % от марочной, а при изгибе — практически равна марочной.
Раствор с добавкой поташа показывает существенное снижение прочности при изгибе и сжатии по сравнению с контрольным составом. В возрасте 7 сут прочность при сжатии составляет 62 % прочности контрольного образца в том же возрасте, а при изгибе — 75 %. В возрасте 28 сут прочность при сжатии составляет 64 % марочной, а при изгибе — 75 %.
Таким образом, введение противоморозных добавок оказывает негативное воздействие на прочность облегченных цементных растворов с ПСМС. Растворы со всеми добавками показали снижение прочности при сжатии к возрасту 28 сут, т.е. марочная прочность не была достигнута ни одним составом.
Далее были исследованы свойства кладочных растворов с ПСМС и ПМД, сформированных при температуре минус 5 °С. Использованы те же составы, с тем же расходом противоморозных компонентов.
Образцы испытывались в возрасте 7, 14 и 28 сут после твердения при отрицательной температуре. Кроме того, серия образцов испытывалась через 56 суток после формования: 28 сут хранения при отрицательной температуре с последующим хранением 28 сут в условиях, регламентированных [8], т.е. при температуре (20±2) °С. Перед проведением испытаний по определению прочности образцы оттаивались при комнатной температуре в течение 3 ч. Результаты сведены в табл. 3.
Табл. 3. Прочность облегченного кладочного раствора с 15% ПСМС и противоморозными добавками, сформированного при температуре -5 °С.
Состав, масс. % Средняя плотность цементного камня, кг/м3 Прочность кладочного раствора в возрасте
7 сут 14 сут 28 сут 56 сут*
Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) (контрольный) 978 3,2 12,3 3,9 17,1 4,4 19,8 4,8 21,5
100 ПЦ + 15 ПСМС + 70В + + 0,75 (С-3) + 6 СаС12 1005 0,6 1,8 1,0 3,2 1,3 4,3 2,3 8,6
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №аС1 1012 1,4 5,7 2,1 7,8 2,4 9,5 4,2 16,1
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №N0, 1012 1,0 3,5 1,6 5,5 2,0 7,9 4,3 16,7
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 №а№03 1012 0,9 3,8 1,4 5,2 1,7 6,9 3,1 11,5
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 5 НС00№а 1008 1,3 6,4 1,9 8,4 2,2 9,8 3,8 13,7
100 ПЦ + 15 ПСМС + 56В + + 0,75 (С-3) + 7 К2С03 + + 0,7 СепКе 1012 2,2 8,9 2,7 10,9 2,8 12,8 3,0 13,6
* — 28 сут хранения при температуре (20±2)°С после 28 сут выдерживания образцов при отрицательной температуре.
В верхней строке таблицы приведена прочность контрольного состава с 15 % ПСМС без ПМД, сформированного в стандартных условиях (при температуре (20±2) °С).
Как видно из табл. 3, наиболее интенсивным ростом прочности при отрицательной температуре характеризуются растворы с добавкой поташа, в особенности, в
первые 7 сут твердения. Причем, физико-механические характеристики раствора с добавкой поташа, сформированного при отрицательной температуре, оказываются выше аналогичных характеристик камня, сформированного при положительной температуре. При этом в последующий период твердения прирост прочности не столь значителен, в особенности - прочности при изгибе. К возрасту 28 сут твердения при температуре -5 °С раствор набирает 65 % марочной прочности при сжатии и столько же при изгибе. При последующем 28-суточном твердении при положительной температуре прироста прочности практически не происходит.
Высокие темпы набора прочности демонстрирует раствор с добавкой хлористого натрия. Такой раствор при температуре -5 °С набирает 48 % марочной прочности при сжатии и 55 % при изгибе к возрасту 28 сут. Прочность раствора при сжатии в возрасте 56 сут составляет 16,1 МПа.
Более или менее оптимальными являются составы с добавкой нитрита и фор-миата натрия. Нитрит натрия обеспечивает темп прироста прочности при положительных температурах выше, чем формиат натрия. При отрицательной температуре ситуация меняется в противоположную сторону: раствор с добавкой формиата натрия к возрасту 28 сут твердения при температуре -5 °С приобретает 50 % марочной прочности при изгибе и сжатии, а раствор с нитритом натрия — 40 % при сжатии и 45 % при изгибе. Однако более высокую прочность после оттаивания имеет раствор с добавкой нитрита натрия, а раствор с формиатом натрия имеет такую же прочность при сжатии, как и раствор с поташом.
Наименьшую эффективность из всех противоморозных добавок демонстрирует хлористый кальций. После 7 суток твердения при отрицательной температуре прочность при сжатии составляет 1,8 МПа (т.е. 9 % марочной), а в возрасте 28 сут — 4,3 МПа (т.е. 22 % марочной прочности). Добавка хлористого кальция не обеспечивает набор при отрицательной температуре 30 % марочной прочности.
На рисунке 1 приведены фотографии микроструктуры облегченных кладочных растворов с 15 % ПСМС и добавками: 7 % нитрита натрия и 5 % формиата натрия.
а б
Рис. 1. Микроструктурный анализ облегченного кладочного раствора с ПСМС и ПМД: а -
На приведенных фотографиях видно, что структура цементного камня достаточно плотная с равномерно распределенными микросферами, состоящая, в основном, из гидросиликатов кальция с отношением Са0/8Ю2 = 1,7 (по данным химического анализа).
Методом математического планирования эксперимента были оптимизированы составы облегченных кладочных растворов с ПСМС и ПМД. Установлено, что, с
с добавкой 5% НС00№а; б — с добавкой 7% №а№02
точки зрения физико-механических и технологических характеристик облегченных кладочных растворов с ПСМС, для условий с температурой до -10 °С лучшими показателями обладают облегченные кладочные растворы с ПСМС и добавками нитрита (7 %) и формиата натрия (5 %), а также поташа (7 %) с замедлителем схватывания.
Библиографический список
1. Кириллов К.И. Сверхлегкие цементные кладочные и тампонажные растворы : дисс. ... канд. техн. наук. М., 2006. 159 с.
2. Козлов В.В. Сухие строительные смеси. М. : Изд-во АСВ, 2000.
3. Корнеев В.И., Зозуля П.В. Сухие строительные смеси. М. : Стройматериалы, 2010. 320 с.
4. Орешкин Д.В., Беляев К.В., Семенов В.С. Высококачественные строительные и тампонажные растворы с полыми стеклянными микросферами // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 10. С. 53—58.
5. Семенов В.С. Эффективные облегченные кладочные и тампонажные растворы для суровых климатических условий : дисс. ... канд. техн. наук. М., 2011. 242 с.
6. Семенов В.С. Противоморозные добавки для облегченных цементных систем // Строительные материалы. 2011. № 5. С. 16—19.
7. ГОСТ 28013—98. Растворы строительные. Общие технические условия. Взамен ГОСТ 28013-89; введ. 1999-07-01. М. : Межгосударственная научно-техническая комиссия по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС), 1998.
8. ГОСТ 5802—86. Растворы строительные. Методы испытаний. Взамен ГОСТ 5802-78; введ. 1986-07-01. М. : Минстрой России, 1985.
9. СП 82-101—98. Приготовление и применение растворов строительных. Взамен СН 29074 ; введ. 1998-07-15. М. : Госстрой России, 1998.
10. Миронов С.А., Лагойда А.В. Бетоны, твердеющие на морозе. М. : Стройиздат, 1975. 266 с.
11. ГОСТ 30459—2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности. Взамен ГОСТ 30459-2003; введ. 2011-01-01. М. : Стандартинформ, 2010.
Поступила в сентябре 2012 г.
Об авторах: Семенов Вячеслав Сергеевич — кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 515 (495) 287-49-14 доб. 3092, science-isa@yandex.ru;
Орешкин Дмитрий Владимирович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 135, (499) 183-32-29, dmitrii_oreshkin@mai1.ru;
Розовская Тамара Алексеевна — аспирант кафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 515 (495) 287-49-14 доб. 3092, tom-ka@1ist.ru.
Для цитирования: СеменовВ.С., Орешкин Д.В., Розовская Т.А. Свойства облегченных кладочных растворов с микросферами для зимних условий // Вестник МГСУ 2012. № 10. С. 182—190.
V.S. Semenov, D.V. Oreshkin, T.A Rozovskaya
PROPERTIES OF LIGHTWEIGHT MASONRY MORTARS WITH HOLLOW GLASS MICROSPHERES FOR WINTER CONDITIONS
The authors provide their research findings concerning lightweight masonry mortars with hollow glass microspheres and antifreeze admixtures. These mortars are used in the construction of filler structures at negative temperatures. The application of multilayer filler structures causes reduction of their thermal homogeneity factor. Therefore, single-layer filler structures have the strongest potential. There is a need to employ lightweight masonry mortars to ensure the thermal homogeneity of structures made of lightweight concrete blocks. The masonry mortar that has traditional weight
reduction fillers (such as inflated pearlite, vermiculite etc.) demonstrate low strength properties, as such fillers have a high water content. Hollow glass (or ceramic) microspheres are known as efficient fillers for lightweight mortars. Multiple research undertakings contain information on the masonry mortar that has the following properties: average density of dry mortar — 450 kg/m3, thermal conductivity factor — 0.17 W/(m°C), compressive strength at the age of 28 days — 3.2 MPa, water retention rate — over 90 %.
The climatic conditions of Russia determine the need to perform masonry works at negative temperatures. Adding antifreeze admixtures is an easy and cheap method that guarantees hydration of the Portland-cement at negative temperatures. The subject of this research covers masonry mortars that have a 15 % hollow glass microsphere content and antifreeze admixtures. Contemporary antifreeze admixtures are multifunctional. Therefore, traditional antifreeze admixtures such as sodium chloride, calcium chloride, sodium nitrite, sodium nitrate, sodium formate, potash were used in the research. The per-cent content of antifreeze admixtures was calculated. The following properties of masonry mortars with a 15 % content of hollow glass microspheres and antifreeze admixtures were identified: average mortar and mortar mixture density, setting time, water retention, compressive and bending strength, and water absorption. Standard research methods were employed.
Every mortar has an 8 cm mobility. The benchmark mixture has an average density of 1.085 kg/ m3, average cement stone density of 980 kg/m3, compressive strength at the age of 28 days — 19.8 MPa, water retention rate — 97 %, setting time — 4.5 hours.
The attention was driven to the strength analysis of mortars with hollow glass microspheres and antifreeze admixtures at positive and negative temperatures. The authors proved that antifreeze admixtures demonstrated a negative influence on the strength and setting time of the mortar if hardened at 20 °C. The strength of mortars with antifreeze admixtures was below that of the benchmark mortar. Mortars that had sodium nitrite and sodium chloride demonstrated better results, while the mortar with calcium chloride showed the lowest strength.
Sodium nitrite, sodium formate and potash were mostly efficient at negative temperatures. The mortar with sodium nitrite demonstrated the highest strength, as it had hardened at the positive temperature. Optimal mixtures for the temperature of -10 °C were developed by the math planning method.
The results of the microstructure analysis for optimized mixtures are provided in the article. The finding of the authors are that at the temperature of -10 °C the following mixtures have the best properties: lightweight masonry mortars with hollow glass microspheres and sodium nitrite (7 %), or sodium formate (5 %), or potash (7 %) with a setting retarder added.
Key words: masonry mortars, lightweight cement mortars, hollow glass microspheres, antifreeze admixtures, mortars for winter seasons.
References
1. Kirillov K.I. Sverkhlyegkie tsementnye kladochnye i tamponazhnye rastvory [Superlight Cement Masonry and Grouting Mortars]. Moscow, MGSU Publ., 2006, 159 p.
2. Kozlov V.V. Sukhie stroitel'nye smesi [Dry Packs]. Moscow, ASV Publ., 2000.
3. Korneev V.I., Zozulya P.V. Sukhie stroitel'nye smesi [Dry Packs]. Moscow, RIF Stroymaterialy Publ., 2010, 320 p.
4. Oreshkin D.V., Belyaev K.V., Semenov V.S. Vysokokachestvennye stroitel'nye i tamponazhnye rastvory s polymi steklyannymi mikrospherami [High-quality Building and Grouting Mortars with Hollow Glass Microspheres]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2010, no. 10, pp. 53—58.
5. Semenov V.S. Effektivnye oblegchyennye kladochnye i tamponazhnye rastvory dlya surovykh klimaticheskikh usloviy [Efficient Light-weight Masonry and Grouting Mortars for Severe Climatic Conditions]. Moscow, MGSU Publ., 2011, 242 p.
6. Semenov V.S. Protivomoroznye dobavki dlya oblegchyennykh tsementnykh sistem [Antifreeze Compounds for Light-weight Cement Systems]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2011, no. 5, pp. 16—19.
7. GOST 28013—98. Rastvory stroitel'nye. Obshchie tekhnicheskie usloviya. [State Standard 28013—98. Construction Mortars. General Specifications]. Moscow, MNTKS Publ., 1998.
8. GOST 5802—86. Rastvory stroitel'nye. Metody ispytaniy. [State Standard 5802-86. Mortars. Testing Methods]. Moscow, Minstroy Rossii, 1998.
9. SP 82-101—98. Prigotovlenie i primenenie rastvorov stroitel'nykh. [Construction Regulations 82-101-98. Preparation and Application of Building Mortars]. Moscow, Gosstroy Rossii Publ., 1998.
10. Mironov S.A., Lagoyda A.V. Betony, tverdeyushchie na morose [Concretes That Harden in the Frost]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1975, 266 p.
11. GOST 3045—2008. Dobavki dlya betonovi stroitel'nykh rastvorov. Opredelenie i otsenka effek-tivnosti [State Standard 30459-2008. Admixtures for Concretes and Mortars. Identification and Efficiency Assessment]. Moscow, Standartinform Publ., 2010.
About the authors: Semenov Vyacheslav Sergeevich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Building Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), Office 515 ULK, 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (495) 28749-14, ext. 3092; science-isa@yandex.ru;
Oreshkin Dmitriy Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Building Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), Office 135 KMK, 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-32-29; dmitrii_oreshkin@ mail.ru;
Rozovskaya Tamara Alekseevna — postgraduate student, Department of Building Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), Office 515 ULK, 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (495) 287-49-14, ext. 3092; tom-ka@list.ru.
For citation: Semenov V.S., Oreshkin D.V., Rozovskaya T.A. Svoystva oblegchennykh kladochnykh rastvorov s mikrosferami dlya zimnikh usloviy [Properties of Lightweight Masonry Mortars with Hollow Glass Microspheres for Winter Conditions]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 182—190.
