CC BY
26
УДК 666.942.2:691.322 Боровикова С.О., Потапова Е.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ
Боровикова Светлана Олеговна, студентка 2 курса магистратуры факультета химической технологии вяжущих и композиционных материалов, e-mail: sveta_borovekova@mail.ru;
Потапова Екатерина Николаевна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В современной технологии бетонов и цементов интенсивно развивается направление производства многокомпонентных цементных материалов, модифицированных минеральными и комплексными добавками. Они позволяют направленно воздействовать на процессы структурообразования и твердения цементных растворов.
Ключевые слова: цементные смеси, функциональные добавки, пластическая прочность, наполнители.
RESEARCH OF PLASTIC STRENGHT MORTAR MIXTURES
Borovikova S.O., Potapova E.N.
D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the modern technology of concrete and cement, the production of multicomponent cement materials modified with mineral and complex additives is intensively developing. They allow directional influence on the processes of structure formation and hardening of cement mortars.
Keywords: cement mix, functional additives, plastic strength, fillers.
Цемент, как строительный материал, обычно используется как важнейший компонент бетонов и растворов различных видов. Строителей интересует не только прочностные свойства цемента, но и такие характеристики, как нормальная густота и сроки схватывания, пластические свойства теста и пластическая прочность, тепловыделение и некоторые другие, связанные с многообразными условиями его использования.
Реологические свойства растворных и бетонных смесей во много зависят от пластических свойств цементного теста и кинетики структурообразования цементного камня в процессе твердения. Цементное тесто длительное время находится в пластическом состоянии, так как процесс формирования ее новой физической структуры протекает относительно медленно. В этот период цементная масса может, без каких либо ухудшений своего качества, подвергаться различным технологическим воздействиям: перемешиванию, вибрированию и т.п. Спустя какое-то время, количество кристаллогидратов становится больше, в связи с чем, начинается процесс значительного упрочнения структуры. В этот период, какие либо механические нарушения в структуре восстанавливаются частично, что отрицательно сказывается на самом качестве изделия [1].
Экспериментальные исследования позволили выработать систему кинетики набора прочности для цементных систем. Начинается все с зарождения фазы, в которую входит: начальный период - от 0 до 5 с и пред индукционный период - от 5 с до 30 мин. Далее начинается рост частиц, что сопровождается индукционным периодом - от 30 мин до 2 ч (начало схватывания). Затем идет агломерация частиц, где наступает период ускоренного твердения - от 2 до 12 часов (конец схватывания). И завершается все самоорганизованным структурообразованием, в который входят: период замедления твердения - от 12 ч до 7 сут и период медленного взаимодействия -более 7 сут [2].
Проводилось достаточно много исследований с пластической прочностью. Одни исследовали влияние различных наполнителей на пластическую прочность цементного теста и кинетику набора прочности. Другие исследовали влияние пластифицирующих добавок с различной концентрацией на цементно-песчаный раствор.
Для данного исследования был выбран портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ООО «ХайдельбергЦементРус». Также использовали функциональные добавки разного назначения* и два вида наполнителя, на основе которых были приготовлены рабочие составы, представленные в таблице 1. (**)
Таблица 1. Свойства растворных смесей на основе портландцемента (ПЦ)
№ Составы Концентрация, % В/Т Сроки схватывания, мин
начало конец
1 ПЦ - 0,300 45 135
2 ПЦ-1 50 0,245 35 129
3 ПЦ-2 50 0,230 26 122
4 ПЦ-1 + М 50 + 0,2 0,200 38 136
5 50 + 0,3 0,150 33 128
6 ПЦ-1 + М + Ц 50 + 0,3 + 0,2 0,200 45 160
7 ПЦ-1 + М + Ц + О 50 + 0,3 + 0,2 + 0,2 0,200 47 166
8 ПЦ-1 + КС 50 + 0,15 0,210 46 130
9 ПЦ-1 + КС + Ц 50 + 0,1 + 0,05 0,210 48 136
* Гиперпластификатор Melflux 1641 F - М; Эфир целлюлозы Mecellose FMC 75502 - Ц; Модификатор реологии Optibent 1056 - О; Загуститель Kelco-Crete DG-F -КС;
** ПЦ-1 - портландцемент и карьерный песок (Мк = 2,5) в соотношении 1:1; ПЦ-2 - портландцемент и доломитовый песок (Мк = 1,3) в соотношении 1:1. Водо-твердое отношение (В/Т) подбирали по нормальной густоте цементного теста.
Из таблицы 1 можно заметить, что В/Т уменьшается с введением функциональных добавок. Каждая добавка имеет свое воздействие на растворную смесь в различной концентрации. Что касается сроков схватывания, то при использовании таких добавок как гиперпластификатор, эфир
целлюлозы и модификатора реологии увеличивается интервал схватывания цементного теста.
По результатам исследования пластической прочности, которые были получены на приборе рычажного конического пластометра [3], были построены графики зависимости пластической прочности от времени (рисунок 1-3).
ПЦ -ПЦ-1 ПЦ-2
ПЦ -ПЦ-1 ПЦ-2
О 200 400 600 800 1000 1200 1400 Время, мин
0 60 120 180 240
Bp ИМЯ мин
Рис.1. Пластическая прочность цементного теста с веденными наполнителями
Я5
а
-о-М0,3 MQ.2 -ПЦ-1
240
>
300
о
-мер
М0.2 -ПЦ-1
200 400 600 300 1000 1200 1400
BjHTmi тин
Рис.2. Пластическая прочность цементного теста с добавкой гиперпластификатора Ыв1/1их 1641 ¥: М0,2 - гиперпластификатор 0,2 %, М0,3 - гиперпластификатор 0,3 %
Рис.3. Пластическая прочность цементного теста с различными добавками
На рисунке 1а представлены результаты исследования пластической прочности на протяжении 4 ч трех составов: бездобавочный портландцемент, портландцемент с карьерным песком в соотношении 1:1 и портландцемент с доломитовым песком в соотношении 1:1. У состава ПЦ-2 индукционный период начинается быстрее, по сравнению с составом ПЦ-1 и ПЦ. Однако через 8 ч (~ 500 мин) состав ПЦ-1 превосходит по показаниям состав ПЦ-2 (рис. 1б). Поэтому в дальнейшем данный состав был использован в качестве базовой рабочей смеси.
При использовании гиперпластификатора МеШих 1641 Б пластическая прочность составов заметно возрастает (рис. 2а). И на протяжении периода набора пластической прочности состав М0,3 показывает хорошие результаты(рис. 2б).
При введении в состав М0,3 (портландцемент с карьерным песком и гиперпластификатором с концентрацией 0,3 %) эфира целлюлозы и модификатора реологии наблюдается снижение индукционного периода (состав М+Ц и М+Ц+О на рис.3а). Введение в состав ПЦ-1 такой добавки, как загуститель Ке1ео-Сге1е Бв-Б (состав КС на рис. 3 а), наблюдается не резкий набор прочности. А при введении еще и эфира целлюлозы (состав КС+Ц на рис. 3 а) результаты пластической прочности также понижаются.
Если рассматривать набор пластической прочности в течение первых суток, то состав М+Ц имеет наилучшие показатели по отношению к составу с дополнительно введенным модификатором
реологии. И также, если сравнивать состав КС с составом КС+Ц, то первый имеет более интенсивный набор прочности (рис. 3б).
Таким образом, изучив различные составы на основе портландцемента, получили наглядное представление о наборе пластической прочности цементного теста с веденными в него наполнителями и функциональными добавками. Как можно заметить, кинетика набора пластической прочности зависит от В/Т. Уменьшение водо-твердого отношения приводит к сокращению периода формирования структуры и, следовательно, к росту пластической прочности в период упрочнения.
Литература
1. Тараканов О. В., Тараканова Е. О. Формирование микроструктуры наполненных цементных материалов //Инженерно-строительный журнал. - 2009. - №. 8. - С. 13-16.
2. Артамонова О. В., Кукина О. Б. Исследование кинетики набора прочности модифицированного цементного камня // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. -2014. - №. 2. - С. 83.
3. Бутт Ю. М., Тимашев В. В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. -М.: «Высшая школа». - 1973. - 483 С.
