CC BY
22Рахимбаев Ш. М., д-р техн. наук, проф., Толыпина Н. М., канд. техн. наук, доц., Карпачева Е. Н., канд. техн. наук, доц. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ДОБАВОК ПЛАТИФИЦИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КАЧЕСТВА ПЕСКА
naukavs@mail.ru
Исследовано влияние примесей, содержащихся в природном кварцевом песке на разжижающую способность добавок пластифицирующего действия. Показана возможность повышения разжижающей способности пластификаторов анионного типа путем применения неотмытых песков.
Ключевые слова: пластификаторы, разжижение, кварцевый песок, примеси.
Прогресс в технологии бетонов невозможен без применения пластифицирующих добавок [1]. Установлено, что разжижающая способ-ностьсуперпластификаторов и гиперпластификаторов зависит от различных факторов: расхода цемента, его минералогического состава и удельной поверхности; В/Ц смеси; рН среды; наличия активных минеральных добавок; технологии формования изделий и т.д. [2]. В исследованиях [3,4] впервые было установлено влияние вида мелкого заполнителя на разжижающую способность анионактивной добавки С-3. В природном песке допускается содержание пылевидных и глинистых примесей 3-5 % (1и11 класс) по ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Поскольку глины по своим электрокинетическим свойствам очень сильно отличаются от кварцевого песка, гранита, интересно изучить влияние примесей, в частности глинистых на свойства цементо-песчаных смесей.
Применяемыев настоящее время суперпластификаторы, как правило, содержат функциональные группы, несущие электроотрицательный заряд, в результате чего добавки слабо адсорбируются на поверхности частиц кварцевого песка, который является самым распространенным мелким заполнителем и имеет одноименный с модификатором, т.е. отрицательный заряд поверхности. Поэтому добавки-разжижители анионного типа неэффективны в тощих бетонных смесях, содержащих заполнитель из гранита, кварцитопесчаника, кварцевого песка или других видов заполнителей с отрицательным зарядом поверхности.
В дальнейших исследованиях было установлено влияние электрокинетического потенциала поверхности мелкого заполнителя на разжижающую способность анионактивных добавок (суперпластификатора С-3 и гиперпла-стификатораМеШих 5561) и ряда катионактив-
ных добавок. Полученные результаты позволяют рационально использовать добавки пластификаторы в различных бетонных смесях на заполнителях с отрицательно и положительно заряженной поверхностью. Для повышения эффективности действия суперпластификаторов в бетонных смесях необходимо использовать такое сочетание мелкого заполнителя и разжижи-теля, при котором наблюдается достаточно энергичное притяжение между ними.
Цель работы - исследовать влияние примесей, содержащихся в природном кварцевом песке, на эффективность действия пластифицирующих добавок.
Для проведения экспериментов использовали следующие материалы: ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО «Белгородский цемент»), суперпластификатор С-3, Мельфлюкс 5561, катионактивная добавка К-1, природный кварцевый песок Безлюдовско-го месторождения. Использован наполнитель с различным зарядом поверхности: каолинитовая глина, монтмориллонит, тонокомолотый кварцевый песок, мрамор, известняк, глина Горо-дищенского карьера Ст. -Оскольского кирпичного завода.
В ходе исследований было выявлено, что разжижающая способность катионактивной добавки, определяемая по расплыву конуса (РК) в соответствии с ГОСТ 310.4-81, зависит от степени чистоты песка. При использовании немытого песка с катионактивной добавкой К-1 рас-плыв конуса увеличился приблизительнона 10 мм, а при использовании мытого песка в сочетании с добавкой К-1 - расплыв конуса увеличился на 80-90мм. Результаты приведены на рис. 1.
Таким образом, добавка К-1 действует намного эффективней при использовании мытого песка, что позволяет значительно снизить во-допотребность бетонной смеси и улучшить его технологические свойства. Аналогичные исследования, проведенные с использованием СП С-3
и ГП Мельфлюкс показали противоположный результат (рис. 2). На природном немытом песке разжижающая способность С-3 и Мельфлюк-са возрастала.
Для оценки примесей в природном кварцевом песке, его предварительно отмучивали по ГОСТ 8736-93, затем промывали раствором соляной кислоты. Рентгенофазовый анализ осадка,
полученного отмучиванием, показал, что примеси представлены пылевидным кварцем (3,357 А), карбонатными примесями (3,043 А), глинистыми примесями( каолинит 7,14, 3,57, 1,48 А; гидрослюда 9,45, 4,56, 3,34 А). Содержание пылевидных и глинистых примесей, определяемых отмучиванием, составило 6,68 %.
Рк,мм
200
180 -
160
140
120
100
—^
2:1
3:1
4:1
П:Ц
-немытый песок 0,5% Катионо активная добавка -мытый песок 0,5% Катионо активная добавка
Рис.1. Влияние чистоты природного кварцевого песка на эффективность действия добавки К-1
100
Катионо активная добавка
С-3
Мефлюкс
Мытый песок □ Немытый песок
Рис. 2. Влияние примесей в природном кварцевом песке на эффективность действия разжижителей
Влияние глинистых примесей, на эффективность действия катионактивной добавки К-1 по реологическим характеристикам исследовали на ротационном вискозиметре «Реотест». Результаты приведены на рис. 5. Для этого готовили суспензию из полиминеральной глины (Го-родищенский карьер, Ст. Оскол), в которую вводили катионактивную добавку К-1 (0,5 %).
Установлено, что введение катионактивной добавки К-1 в глиняную суспензию несколько
повышает эффективную вязкость с 20 до 27-10-3 Па-с в начальный момент времени прямого хода. Также возрастает напряжение сдвига: в суспензии с добавкой К-1 выше на 10 Па в начальный момент прямого хода.Такая особенность разжижения свидетельствует о том, что при наличии глинистых добавок в песке и при использовании добавок катионного типа будет вызывать загущение смесей на песках с большой долей глинистых примесей. Это подтверждается экспери-
ментами на разжижение цементо-песчаных смесей на загрязненных песках.
Из тонкодисперсного наполнителя готовили суспензию, в которую вводили анионактив-ную добавку С-3 и катионактивную добавку К-1. Добавки оказывали различное влияние на разжижение суспензий: С-3 действовала как пластификатор, а катионактивная наоборот в некоторых случаях вызывала загущение суспензий.
По степени разжижения можно установить следующую зависимость. По убыванию разжижающей способности добавки К-1: кварцевый песок ^ мрамор ^ известняк ^ кирпичная глина ^ каолинит ^ монтмориллонит. По убыванию разжижающей способности добавки С-3: каолинит ^ монтмориллонит ^ кирпичная глина ^ мрамор ^ известняк ^ кварцевый песок.
В общем, добавки С-3 и К-1 оказывают противоположние действие на текучесть суспензий различного состава, что обусловлено различным знаком зарядов их функциональных групп.
Электрокинетический потенциал поверхности частиц заполнителя измеренный на оборудовании ZetasizerNano с использованием методики М3-РЛЬБ показал, что преобладающий заряд поверхности (максимальный пик на полученных при проведении экспериментов кривых) кварцевого песка соответствует - 31,6 мВ, известняка +38,8 мВ, мрамора +19,3 мВ. В небольших количествах встречаются активные центры противоположного знака: у кварцевого песка +3,13 мВ (7,9%), известняка -4,13 мВ (11,0%), мрамора -5,6 мВ (5,1%). При этом суммарный показатель дзета-потенциала поверхности кварцевого песка составлял -29,0 мВ, известняка +0,798 мВ, мрамора +213 мВ.
Добавка К-1 своей положительно заряженной функциональной группой МИ3+ энергично адсорбируется на отрицательно заряженных центрах поверхности частиц кварцевого песка, отрицательно заряженных центрах мраморного и известнякового наполнителя, образуя сольват-ные оболочки вокруг них, обеспечивая легкое скольжение при перемешивании [2]. По мере убывания отрицательного заряда и перехода к положительно заряженным глинистым частицам наблюдалось загущение суспензии. При этом
суперпластификатор С-3 оказал противоположное действие. Так, добавка С-3 своими отрицательно заряженными анионными группами SO3-отталкивается от отрицательно заряженных центров частиц кварцевого песка, поэтому слабо влияет на его реологические свойства. Отсюда следует вывод, что К-1 целесообразно применять в смесях на отмытом песке, а анионактив-ные добавки - на немытом.
Наличие на частицах кварцевого песка пленок, состоящих из оксидов и гидроксидов железа, которые плохо отмываются водой играют положительную роль в технологии бетона, так как при этом достигается определенная степень разжижения песчаной составляющей бетона под влиянием современных анионных супер- и гиперпластификаторов. При использовании очень чистых кварцевых песков, на которых адсорбция анионактивных добавок практически отсутствует, особенно сильно снижает эффективность действия анионактивных ПАВ, тем более в тощих смесях. В этом случае авторы предлагают использовать катионактивные добавки, которые являются наиболее эффективными понизителя-миводопотребности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Влияние суперпластификтора на твердение цемента /В.И. Калашников, Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, М.О. Коровкин, Н.Г. Кочерги-на, Е.Г. Михеева // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI ве-ка.2001.№1.С.28-29.
2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика.М.:АСВ, 1998.768 с.
3. Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М. О влиянии знака поверхностного заряда заполнителя на разжижающую способность суперпластификаторов / /Известия высших учебных заведений. Строительство.2011.№2.С.22-26 .
4. Рахимбаев Ш.М.,Толыпина Н.М., Карпа-чева Е.Н. Об эффективности действия суперпластификаторов в мелкозернистых бетонах в зависимости от вида мелкого заполнителя // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. №3.C.60-63.
