CC BY
37УДК 666.972.162
А.А. ГУВАЛОВ1, д-р техн. наук (abbas.quvalov@akkord.az), С.И. АББАСОВА1, канд. хим. наук; Т.В. КУЗНЕЦОВА2, д-р техн. наук
1 Азербайджанский архитектурно-строительный университет (AZ-1073, г. Баку, ул. Султанова, 5)
2 РХТУ им. Д.И. Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., 7)
Эффективность модификаторов
W ^ W
в регулировании свойств бетонных смесей
Применение химических добавок полифункционального действия на основе полимеров и различных солей позволяет регулировать реологические и технологические свойства бетонных смесей за счет явлений адсорбционного модифицирования зерен цемента и продуктов его гидратации. Разработано два типа комплексных добавок полифункционального действия на основе модифицированного продукта коксохимии. Добавка САС-2 содержит 50-60% активного вяжущего, 20-25% солей неконденсированных сульфокислот и 20-25% сульфата натрия. Добавка САС-3 дополнительно включает нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ). Результаты показали, что САС-2 продлевает сохраняемость подвижности бетонной смеси от одного до полутора часов, а САС-3 - до трех и более часов. Установлено, что САС-3 малочувствителен к минералогическому составу цементов. Несмотря на замедление начального структурообразования, бетоны с САС-3 интенсивно набирают прочность в последующие сроки твердения. Обеспечивается стабильный эффект в широком диапазоне содержания цемента (350-500 кг/м3) и при различных исходных подвижностях бетонной смеси.
Ключевые слова: модификатор, высокопрочный бетон, подвижность, сохраняемость, минеральные добавки, плотность, прочность, осадка конуса.
Для цитирования: Гувалов А.А., Аббасова С.И., Кузнецова Т.В. Эффективность модификаторов в регулировании свойств бетонных смесей // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 49-51.
A.A. GUVALOV1, Doctor of Sciences (Engineering) (abbas.quvalov@akkord.az), S.I. ABBASOVA1, Candidate of Sciences (Chemistry); T.V. KUZNETSOVA2, Doctor of Sciences (Engineering)
1 Azerbaijan University of Architecture and Construction (5, Ayna Sultanova Street, Baku, AZ-1073 Azerbaijan)
2 Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia (9, Miusskaya Square, Moscow, 125047, Russian Federation)
Efficiency of Modifiers When Regulating Properties of Concrete Mixes
The use of chemical additives of multifunctional action on the basis of polymers and various salts makes it possible to regulate rheological and technological properties of concrete mixes due to phenomena of adsorption modification of cement grains and product of its hydration. Two types of complex additives of multifunctional action have been developed on the basis of a modified product of the coke chemistry. SAS-2 Additive contains 50-60% of an active binder, 20-25% of salts of uncondensed sulphonic acid, and 20-25% of sodium sulfate. SAS-3 Additive additionally includes the nitri-lotri-methyl-phosphonic acid. Results show that SAS-2 prolongs the safety of mobility of the concrete mix from an hour up to an hour and a half, SAS-3 - up to 3 and more hours. It is established that SAS-3 is not very sensitive to the mineralogical composition of cements. Despite of slowdown of the initial structure formation concrete with SAS-3 intensively increase the strength in later periods of hardening. The stable effect is provided within a wide range of cement content (350-500 kg/m3) and at different initial mobilities of the concrete mixes.
Keywords: modifier, high-strength concrete, mobility, preservation, mineral additives, density, strength, slump of cone.
For citation: Guvalov A.A., Abbasova S.I., Kuznetsova T.V. Efficiency of modifiers when regulating properties of concrete mixes. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 7, pp. 49-51. (In Russian).
Один из путей повышения эффективности технологии бетонов — применение химических добавок полифункционального действия на основе полимеров и различных солей. Это дает возможность улучшить реологические и технологические свойства бетонных смесей за счет явлений адсорбционного модифицирования зерен цемента и продуктов его гидратации. На основе представлений физикохимии поверхностных явлений и теории контактных взаимодействий установлено, что направленное регулирование параметров гидратационного взаимодействия цемента с водой — обязательное условие получения вяжущих и бетонов с заданными свойствами. Использование химических добавок определяется технологическими и техническими эффектами, в том числе сохранности удобоу-кладываемости во времени.
Для увеличения времени сохранности свойств бетонных смесей применяют замедлители схватывания или их комплексы с суперпластификаторами [1—4]. Наиболее эффективными замедлителями являются соединения, относящиеся к глюконовым и фосфоновым
кислотам [5, 6]. Однако их применение, как правило, сильно замедляет скорость начальных стадий твердения бетона.
Этот недостаток не так значим у товарного бетона, который предназначен для бетонирования массивных сооружений или подземных конструкций, но ощутим в монолитном домостроении и при внедрении современных интенсивных технологий с быстрым снятием опалубки и последующим нагружением несущих элементов зданий и сооружений. Рост объемов монолитного домостроения и ситуация с пропускной способностью автострад обусловили необходимость поиска добавки, повышающей сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей, но существенно не влияющей на раннюю прочность бетона.
Длительное сохранение высокопластичного состояния в цементных системах также может быть обеспечено повышенным содержанием суперпластификатора. Обладающий высокой адсорбционной активностью по отношению к суперпластификаторам С3А оказывает значительное влияние на начало схватыва-
j í . ®
июль 2017
49
Бетоны: наука и практика
Таблица 3
Влияние модификаторов на свойства высокопрочного бетона с минеральными добавками
Таблица 1
Влияние добавок на сохраняемость подвижности бетонных смесей
Добавка Дозировка, % Исходная подвижность, см Сохраняемость, ч Плотность бетонной смеси, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа, в возрасте
1 сут 3 сут 28 сут
СП-1 0,4 24 1 2389 15,2 26,3 36,4
САС-2 0,75 23 1,5 2380 19,8 29,4 37,2
Линамикс СП-180 0,7 24 >3 2416 13 29,2 40,3
САС-3 1,25 23 >3 2410 15 29,6 41,4
Таблица 2
Зависимость эффективности САС-3 от состава бетона
Расход В/Ц Дозировка, Исходная Сохраняе- Плотность бетонной Прочность при сжатии, МПа, в возрасте
цемента, кг/м3 % подвижность, см мость, ч смеси, кг/м3 1 сут 3 сут 28 сут
0,59 1,1 23 3 2355 9,1 24,1 34,4
350* 0,54 1,1 18 3 2368 12,4 26,7 35,4
0,46 1,1 13 3,5 2413 16,2 31,8 48,3
350** 0,54 1 24 4 2418 6,4 16,7 36,8
400** 0,45 1 21 3,5 2448 13,6 30,3 56,1
450** 0,4 1 22 3 2437 15,7 36,1 61
* Производство Казахского цементного завода (Казаха, Азербайджан). ** Производство цементного завода НОРМ.
Модификатор В/Ц Плотность бетонной смеси, кг/м3 Осадка конуса, см Прочность бетона при сжатии, МПа, в возрасте
исходная через 2 ч 1 сут 3 сут 7 сут 28 сут
Линамикс СП-180 0,3 2491 23 22 43,4 79,3 90,2 106,8
САС-3 0,3 2495 24 22 45,6 82,4 92,6 110,7
ния и образование первичной гидроалюминатной и гидросульфоалюминатной кристаллических структур [7]. Таким образом, задача сводится к необходимости селективного ингибирования гидратации и начального структурообразования алюминатных фаз портландцемента при минимизации влияния на силикатные фазы.
Были сформулированы общие предпосылки и требования к функциям добавок этого типа:
• высокая пластифицирующая способность;
• сохраняемость подвижности на различных цементах в течение трех часов и более;
• узкий диапазон оптимальных дозировок 1—1,25%;
• быстрый набор прочности после начального периода замедления твердения.
В Азербайджане разработано два типа комплексных добавок полифункционального действия на основе модифицированного продукта коксохимии. Он представляет собой сульфированную при 150—170оС полициклических радикалов полиакрилсульфонсульфоната.
Добавка САС-2 содержит 50—60% активного вяжущего, 20—25% солей неконденсированных сульфокис-лот и 20—25% сульфата натрия. Добавка САС-3 дополнительно включает нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ). Таким образом, состав добавок позволяет совмещать функцию пластификатора ПАВ и ускорения гидратации [8, 9].
С целью сравнительной оценки влияния разработанных добавок на свойства бетонных смесей и бетонов испытывались известные добавки нафталинфор-мальдегидного олигомера СП-1 и Линамикс СП-180. Резуль-таты испытаний приводятся в табл. 1.
Результаты показали, что САС-2 продлевает сохраняемость подвижности бетонной смеси от 1 до 1,5 ч по сравнению с СП-1. Это связано с наличием в составе САС-2 30-40% сульфата натрия [10].
Линамикс СП-180 и САС-3 обеспечивают сохраняемость подвижности бетонной смеси более 3 ч (табл. 1), что важно при монолитном бетонировании в скользящей опалубке. Опыты показали, что модифицированный САС-3 состав позволяет получить бетонную смесь с показателем сохраняемости (ГОСТ 10181.1-81 «Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости») около 6-7 ч. Анализ прочностных показателей бетонов с модификаторами САС-3 и Линамикс СП-180 показал, что при неизменном В/Ц в первые сутки наблюдается некоторое замедление набора прочности, однако уже к третьим суткам отставание нивелируется, а к 28 суткам бетоны имеют прирост прочности от 10-14%.
Если снижение прочности в суточном возрасте является нежелательным, то существует доступный и надежный технологический способ устранения указанного недостатка — уменьшение В/Ц на 4-8%, позволяющее достигнуть прочность бетона в первые сутки не ниже, чем у контрольного состава.
Эффективность применения пластифицирующего и замедляющего модификаторов может в значительной степени зависеть от В/Ц и расхода цемента. Приведенные в табл. 2 данные показывают, что влияние добавки остается неизменным в достаточно широком интервале водосодержания 187-210 л/м3, расход цемента 350-450 кг/м3, В/Ц 0,4-0,59.
Достигнутые показатели, как установлено, в значительной степени определяются свойствами цемента
50
июль 2017
различных производителей. Чрезмерная индивидуальность составов и свойств промышленных цементов — одна из актуальных задач практического бетоноведе-ния. Цементы разных производств имеют широкий диапазон изменения водопотребности, сроков начального структурообразования, нарастания прочности и др. Эти различия в большей степени проявляются в присутствии добавок. Полученные данные наглядно демонстрируют незначительную зависимость эффективности действия САС-3 от используемого цемента.
Важной областью применения данных модификаторов являются высокопрочные бетоны. Для обеспечения требуемой прочности в их состав вводятся активные пуццолановые компоненты. В частности, авторами изучено действие комплексного микронаполнителя, состоящего из 50% микрокремнезема (МК) и 50% вулканического пепла (ВП) [11]. Реакционноспособные минеральные добавки и низкое водосодержание (130—150 л/м3) обеспечивают высокую раннюю и марочную прочность бетонов. Но в ряде случаев создаются проблемы с сохраняемостью при высоком содержании наполнителей.
Нами были испытаны модификаторы САС-3 и Линамикс СП-180 в бетоне класса В80. Расход цемента составлял 480 кг/м3, а В/Ц — 0,3. При одинаковом водо-содержании дозировка модификатора Линамикс СП-180 составляла 1%, а САС-3 при той же эффективности — 1,5%. Для обоих составов обеспечена нужная сохра-няемость ОК = 22 см в течение 2 ч. Кинетика набора прочности для бетона на нормском цементе отражена в табл. 3.
Таким образом, использование модификатора САС-3 эффективнее в качестве регулятора сохраняемости бетонной смеси и прочностных показателей.
Разработанный модификатор САС-3 обеспечивает сохранение подвижности бетонной смеси в течение трех и более часов. Оптимизированный состав САС-3 малочувствителен к минералогическому составу цементов. Несмотря на замедление начального структу-рообразования, бетоны с САС-3 интенсивно набирают прочность в последующие сроки твердения. Обеспечивается стабильный эффект в широком диапазоне содержания цемента (350—500 кг/м3) и при различных исходных подвижностях бетонной смеси.
Список литературы
1. Spitatos N., Раде М., Mailvaganam N. et al. Super-plasticizers for Concrete: Fundamentals, Technology and Practice. Marquis, Quebec, Canada. 2006. 322 p.
2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М: Стройиздат, 1998. 768 с.
3. Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: АСВ, 2006. 368 с.
4. Батраков В.Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 4-7.
5. Вовк А.И. Гидратация трехкальциевого алюмината С3А и смесей С3А-гипс в присутствии ПАВ: адсорбция или поверхностное фазообразование? // Коллоидный журнал. 2000. Т. 62. № 1. С. 31-38.
6. Изотов В.С., Соколова Ю.А. Химические добавки для модификации бетона. М.: Палеотип, 2006. 244 с.
7. Ушеров-Маршак А.В., Циак М., Першина Л.А. Совместимость цементов с химическими и минеральными добавками // Цемент и его применение. 2002. № 6. С. 6-8.
8. Гувалов А.А. Управление структурообразованием цементных систем с применением модификаторов. Шестая Международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов». Черноголовка, 2010. С. 119.
9. Гувалов А.А. Кабусь А.В., Ушеров-Маршак А.В. Влияние органоминеральной добавки на раннюю гидратацию цемента // Строительные материалы. 2013. № 9. С. 94-95.
10. Гувалов А.А. Управление структурообразованием цементных систем с полифункциональными суперпластификаторами // Техника и технология силикатов. 2011. № 3. С. 24-27.
11. Гувалов А.А. Влияние органоминеральных модификаторов на прочность бетона. Материалы VIМеждународной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций». Оренбург, 2010. С. 281-285.
References
1. Spitatos N., Rade M., Mailvaganam N. et al. Super-plasticizers for Concrete: Fundamentals, Technology and Practice. Marquis, Quebec, Canada. 2006. 322 p.
2. Batrakov V.G. Modifitsirovannye betony. Teoriya i praktika [The modified concrete. Theory and practice]. Moscow: Stroyizdat. 1998. 768 p.
3. Bazhenov Yu.M., Dem'yanova B.C., Kalashnikov V.I. Modifitsirovannye vysokokachestvennye betony [The modified high-quality concrete]. Moscow: ASV. 2006. 368 p.
4. Batrakov V.G. Modifiers of concrete: new opportunities and prospects. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2006. No. 10, pp. 4-7. (In Russian).
5. Vovk A.I. Hydration of tricalcium aluminate C3A and mixtures of C3A-gypsum in the presence of surfactants: adsorption or surface phase formation? Kolloidnyi zhur-nal. 2000. Vol. 62. No. 1, pp. 31-38. (In Russian).
6. Izotov V.S., Sokolova Yu.A. Khimicheskie dobavki dlya modifikatsii betona [Chemical additives for concrete modification]. Moscow: Paleotip. 2006. 244 p.
7. Usherov-Marshak A.V., Tsiak M., Pershina L.A. Compatibility of cements with chemical and mineral additives. Tsement i ego primenenie. 2002. No. 6, pp. 6-8. (In Russian).
8. Guvalov A.A. Management of the structure formation of cement systems with the use of modifiers, The Sixth international conference "Phase Transformations and Durability of Crystals". Chernogolovka. 2010, pp. 119. (In Russian).
9. Guvalov A.A., Kabus' A.V., Usherov-Marshak A.V. Influence of an organo-mineral additive on early hydration of cement. Stroitel'nye materialy [Construction materials]. 2013. No. 9, pp. 94-95. (In Russian).
10. Guvalov A.A. Management of the structure formation of cement systems with polyfunctional superplasticizers. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2011. No. 3, pp. 24-27. (In Russian).
11. Guvalov A.A. Effect of organomineral modifiers on the strength of concrete. Materialy VI Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii «Prochnost' i razrushenie materialov ikonstruktsii». Orenburg. 2010, pp. 281-285. (In Russian).
июль 2017
51
