CC BY
135
УДК 691.5
Торшин А.О., Боровикова С.О., Потапова Е.Н.
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ В ПРИСУТСТВИИ ДОБАВОК
Торшин Антон Олегович, студент 1 курса магистратуры факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: antoni-94@mail.ru;
Боровикова Светлана Олеговна, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Формирование свойств цементного камня начинается с приготовления, укладки и затвердевания растворной смеси, что определяет будущее качество изделия. Наиболее важным свойством смеси является ее удобоукладываемость или формуемость. Реологические свойства растворов могут быть изменены путем введения специальных добавок. В результате выполненных исследований показано, что добавки по-разному влияют на удобоукладываемость смесей и их прочностные характеристики.
Ключевые слова: цементное вяжущее, реология, добавки.
MODIFICATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CEMENT MORTAR WITH ADDITIVES
Torshin A.O., Borovikova S.O., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Formation of properties of cement begins with the preparation, placement and curing of the mortar, which determines the quality of future product. The most important property is formability. The rheological properties can be modified by using additives. As a result of the research the effect of these additives on formability and strength characteristics of the cement binder was studied.
Keywords: cement binder, rheology, additives.
Цемент - это сегодня самый применяемый строительный материал. К нему предъявляются требования, выполнить которые зачастую невозможно без использования так называемых модифицирующих добавок, позволяющих придать смеси свойства, обеспечивающие требования как проектировщиков, так исполнителей работ.
Наилучшим вариантом являются бетонные смеси и растворы, которые имеют высокую подвижность, замедленное схватывание и быстрый набор прочности, длительное время
транспортировки с последующей легкой заливкой в формы, универсальность применения, получения конструкций, не требующих значительных затрат на гидроизоляционные работы.
Удобоукладываемость является наиболее важным свойством смеси, то есть способность смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. Удобоукладываемость определяется подвижностью (текучестью) смеси в момент заполнения формы и пластичностью, т. е. способностью деформироваться без разрыва сплошности.
Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость растворной смеси. Количество воды в цементном
тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства растворной смеси - подвижность и жесткость.
Для описания поведения смеси в различных условиях используют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Для определения этих свойств применяют специальные вискозиметры. Особенностью является практически постоянное изменение свойств смеси от начала приготовления до затвердевания, что обусловливается сложными физико-химическими процессами. Вследствие наличия сил взаимодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связанность и может рассматриваться как единое физическое тело с определенными реологическими, физическими и механическими свойствами [1].
Реология цементных смесей, как и других структурированных материалов, связана с их структурой, изменяющейся в процессе твердения. В этой связи оценка реологических свойств смесей необходима в технологическом процессе производства строительных конструкций, особенно в процессе структурообразования. Разными
авторами приводятся много факторов, которые, по их мнению, влияют на реологию.
Одни авторы [2] предлагают классификацию факторов, влияющих на удобоукладываемость смеси, в соответствии с которой эти факторы делятся на внутренние и внешние. К внутренним относятся: текучесть цементного теста; минералогический состав. К внешним факторам относятся условия перемешивания, температура смеси и время выдержки от момента затворения (зависит от наличия ускоряющих или замедляющих добавок).
Однако другие авторы [3] считают, что химический и минералогический состав цемента почти не влияет на реологические свойства цементного теста; исключение составляет цемент с регулируемыми сроками схватывания, который при прочих равных условиях образует цементное тесто повышенной вязкости. Отмечается, что при увеличении В/Ц вязкость цементного теста падает; такое же влияние оказывает более грубый помол цемента и перемешивание цементного теста во время гидратации.
Реологические характеристики, которыми предлагается характеризовать цементную смесь: когезия (во многом определяется когезией цементного теста), вязкость (в частности, при приложении вибрационных воздействий) и внутреннее трение. Величина когезии в основном определяется количеством воды. Таким образом, реологическое поведение смесей определяется тремя фундаментальными параметрами: когезией, трением и вязкостью. Указанные величины зависят от сил, действующих в смеси. Это силы трения, капиллярные силы, силы коагуляционного структурообразования и коллоидного взаимодействия. Относительная значимость этих сил определяется размерами зерен и расстоянием между ними. Указанные силы изменяются во времени по мере того, как частицы цемента реагируют с водой. Для улучшения удобоукладываемости смеси необходимо уменьшать когезию, вязкость и трение в смеси. Однако чрезмерное уменьшение этих величин приводит к
водоотделению и сегрегации, что влечет за собой резкое ухудшение эксплуатационных свойств [4].
Как показал анализ литературных источников точной модели реологического поведения растворных смесей в настоящее время не существует, из-за большого количества влияющих факторов.
С развитием технологии сухихи строительных смесей и бетонов все большее распространение получают различного рода добавки, которые улучшают свойства цементной смеси и повышают качество затвердевших цементов и строительных растворов.
В зависимости от функционального назначения и достигаемого эффекта различают добавки, регулирующие реологические свойства, схватывание растворных смесей и твердение цементного камня, пористость, придающие цементу специальные свойства, сокращающие расход цемента, добавки полифункционального действия.
Реологические свойства (пластическая вязкость, структурная прочность, предельное напряжение сдвига) могут быть изменены путем введения добавок.
В группе таких веществ выделяют пластифицирующие, стабилизирующие,
водоудерживающие добавки, а так же различные модификаторы реологии.
Поэтому целью данной работы является изучение влияния добавок, изменяющих реологию цементного раствора, на его свойства.
Для исследования были выбраны добавки различных классов: гиперпластификатор MeШux 1641 (ГП), эфир целлюлозы FMC 21010 (ЭЦ) и модификатор реологии Obtibent 1056 (МР).
Изучены нормальная густота и сроки схватывания, удобоукладываемость, прочность при изгибе и сжатии, пористость цементного вяжущего в присутствии вышеупомянутых добавок при различном их содержании.
Полученные результаты представлены в таблице 1 и на рисунке 1.
Добавка к цементному вяжущему Содержание, % Свойства
Сроки схватывания, мин Пористость, % Коррозионная стойкость (3% Na2SO4), Кст Потеря прочности камня, %, после 20 циклов замораживания-оттаивания
начало конец
- - 60 170 8,3 0,89 19,2
ГП 0,1 50 235 8,2 0,90 9,4
0,2 80 245 8,5 0,90 7,5
0,3 80 260 7,9 0,91 6,1
ЭЦ 0,1 125 200 9,8 0,81 26,4
0,3 135 250 10,7 0,79 28,1
0,5 175 285 10,2 0,76 31,7
МР 0,1 105 230 8,9 0,89 18,9
0,2 110 260 9,6 0,88 21,2
0,3 120 270 10,1 0,88 22,4
Таблица 1. Свойства цементного вяжущего в присутствии модифицирующих добавок
Рисунок 1. Влияние добавок на прочность цементного вяжущего
Результаты исследования показали, что введение 0,3 % гиперпластификатора МеШих 1641 приводит к увеличению прочности на изгиб после 28 суток твердения на 50 % в сравнении с бездобавочным составом цемента (с 9,34 до 14,18 МПа), и на 33 % увеличивается прочность при сжатии (с 68,44 до 91,2 МПа). Открытая пористость цементного камня снижается с 8,3 до 7,9 %, а коррозионная стойкость и морозостойкость повышаются.
Введение в состав модификатора реологии ОЬйЬеП 1056 не оказывает существенного влияния на свойства вяжущего. Значения прочности близки к показателям бездобавочного состава (9,86 МПа на изгиб и 78,42 МПа на сжатие). Пористость незначительно увеличивается с 8,3 до 10,1 %, так же на пару процентов понижаются показатели коррозионно- и морозостойкости.
Модификация эфирами целлюлозы БМС 21010 негативно сказывается на прочностных характеристиках цементного камня: прочность на изгиб падает до 7 МПа, а на сжатие до 28 МПа, но придание растворной смеси реологических свойств достигается и при наименьшем введении (0,1 %) функциональной добавки, что приводит к минимальным потерям прочности (прочность снижается с 9,34 до 7,45 на изгиб и с 68,44 до 43,82 МПа на сжатие). Пористость составов увеличивается с 8,3 до 9,8 %, а потери коррозионно- и
морозостойкости составляют 9 соответственно.
Таким образом, установлено, предназначенные для изменения
и
37,5 %
что добавки, реологических
свойств растворной смеси, по-разному влияют на прочие свойства цементного вяжущего. Гиперпластификатор Melflux 1641 увеличивает пластичность теста и снижает усадку, так же повышает прочностные характеристики и коррозионно- и морозостойкость. Модификатор реологии Obtibent 1056 повышает стойкость к образованию наплывов, создает такие свойства, как гладкость, демонстрирует заметный тиксотропный эффект загущения и не оказывает негативного воздействия на прочностные показатели вяжущего. Эфир целлюлозы FMC 21010 хоть и отрицательно сказывается на прочности и стойкости цементного камня, но обеспечивает загущение раствора и улучшает его адгезионные свойства.
Список литературы
1. Баженов Ю.М. Технология бетона: учеб. Пособие для вузов. - 2-е.изд. - Изд-во АСВ, 2002. -С. 78-87.
2. Collepardi M. The Influence of Admixtures on Concrete Rheological Properties. Влияние добавок на реологические свойства бетона //Cemento. - 1982. -№4. - С.217-242.
3. Odler I., Becker T., Weiss B. Rheological Properties of Cement Pastes. Реологические свойства цементного теста. //Cemento. - 1978. - №3. - С.303-З10.
4. Massazza F., Costa U. Rheological Problems Related to the use of Cement. Реологические проблемы цементов. //Cemento. - 1982. - №4. -С. 186-211.
