CC BY
17УДК 666.972
А.И. КУДЯКОВ, д-р техн. наук, Томский государственный архитектурно-строительный университет; С.А. БЕЛЫХ, канд. техн. наук, А.М. ДАМИНОВА, инженер (nastya_f_m@mail.ru), Братский государственный университет (Иркутская обл.)
Смеси сухие растворные цементные с микрогранулированной воздухововлекающей добавкой
В условиях конкуренции и стремления к повышению качества продукции на всех этапах строительного производства все шире применяются сухие строительные смеси на цементных вяжущих (ГОСТ 31357—2007). Преимущества использования сухих смесей на строительных объектах объясняются их специальными свойствами, стабильность которых обеспечена многокомпонентным составом, высокой точностью дозирования ингредиентов и тщательному их перемешиванию. Производство сухих смесей на местах исключает транспортные расходы, но ставит задачу поиска качественного сырья, в том числе модифицирующих добавок многоцелевого назначения.
В номенклатуре сухих строительных смесей особое место занимают смеси для монтажных и кладочных работ, к которым предъявляются требования по обеспечению высокой морозостойкости.
Среди известных приемов повышения морозостойкости высокоэффективным и практичным является: применение воздухововлекающих добавок, снижение капиллярной пористости и уплотнение структуры материала тонкодисперсными компонентами.
Воздухововлекающие добавки вводят в тысячных и сотых долях массы цемента. Снизить чувствительность к точности дозирования воздухововлекающих добавок и обеспечить их равномерное введение в сухую смесь возможно путем их предварительного соединения с минеральными тонкодисперсными материалами [1].
В [2] изложена технология получения микрограну-лированных органоминеральных добавок методом сухой минерализации пены: омыленные смоляные и жирные кислоты из продуктов сульфатно-целлюлозного производства [3] вспенивают и минерализуют микрокремнеземом. Преимущества способа в том, что нет воздействия высокой температуры, вредного для органической части добавки; добавки не требуют помола; исчезает пыление при использовании микрокремнезема; гранулы добавки равномерно распределяются в сухой смеси и распадаются при затворении водой.
Установлено, что воздухововлекающий эффект и эффективность гранулированных добавок в цементных композитах эквивалентны исходному воздухововлекаю-щему компоненту. Микрокремнезем при таком способе грануляции не теряет пуццолановую активность и ин-
Таблица 1
тенсифицирует структурообразование цементного камня в начальные сроки твердения [4].
Известно, что обеспечение морозостойкости при применении воздухововлекающих добавок обусловлено созданием в структуре бетона системы условно-замкнутых пор. При этом важную роль играют суммарный объем пор (А, %), их численное содержание в единице объема (а0, мм-1) и фактор расстояния (L, мм). Только при L меньше 0,25 мм можно гарантировать высокую морозостойкость цементного бетона [5].
Цель настоящей работы — изучение основных свойств строительных растворов из сухих смесей, содержащих гранулированную воздухововлекающую добавку, и параметров пор вовлеченного воздуха.
Для исследований использовали гранулированную добавку СМК, приготовленную путем сухой минерализации пены на основе сырого сульфатного мыла (ССМ), побочного продукта сульфатной варки целлюлозы, микрокремнеземом (МК).
При математическом моделировании в качестве варьируемых факторов выбраны песчано-цементное отношение и количество добавки СМК (табл. 1).
При проведении исследований использовали добавку с постоянным соотношением компонентов ССМсух:МК=1:200. Содержание компонентов в гранулированной добавке представлено в табл. 2.
Параметрами качества растворов из сухих смесей (откликами) выбраны предел прочности при сжатии (УКсж), объем вовлеченного воздуха (Уувв) и водопотреб-ность (Ув/ц — водоцементное отношение) равнопод-вижных смесей марки Пк2.
Смеси, затворенные водой, испытывали в соответствии с ГОСТ 5802—86, а свойства затвердевшего раствора - ГОСТ 31357-2007 и ГОСТ 28013-98*.
Путем математической обработки в программе STADIA получены уравнения регрессии каждого отклика:
УУвв=9,05-0,884-Х1 + 2,64-Х2-1,78-Х?+0,132-Х2-0,373-Х1-Х2;
УВ/Ц=0,817-0,155-Х1-0,0247-Х2-0,0338-Х12+0,0121-Х22+0,0223-Х1-Х2;
УЯсж=12,6 + 6,68-Х1-1,46-Х2+2,53-Х12+0,337-Х22-0,737-Х1-Х2.
Таблица 2
Фактор, вид Уровни варьирования
Натуральный Кодированный -1 0 + 1
Отношение П:Ц Х1 5 4 3
Количество СМК, % массы цемента Х2 5 10 15
Дозировка добавки, % массы цемента Содержание компонентов добавки, % массы цемента
ССМ МК
5 0,025 5
10 0,05 10
15 0,075 15
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q-j*jjсу,ITSj\Ljj.jLjjS
52 январь 2010 *
Таблица 3
П:Ц-отно-шение Наименование добавки А, % а0, мм-1 L, мм
3 ССМ 7,1 21,8 0,247
СМК 6,9 24,5 0,223
4 ССМ 9 18,3 0,261
СМК 9,1 20,4 0,233
5 ССМ 8,4 16,8 0,281
СМК 8,2 19,6 0,244
Таблица 4
Наименование добавки Содержание компонентов добавки, % массы цемента В/Ц Моро-зостой-кость, циклы
ССМ МК С-3
Без добавки - - - 0,68 50
СМК 0,05 10 - 0,68 150
СМК+С-3 0,05 10 0,5 0,59 250
Полученные регрессионные модели адекватны экспериментальным данным согласно множественному коэффициенту корреляции, коэффициенту детерминации, показателю статистики Фишера и уровню значимости нулевой гипотезы.
Объем вовлеченного воздуха в растворных смесях при увеличении содержания гранулированной добавки от 5 до 15% увеличивается при П:Ц=3 от 4,3 до 11,3%; при П:Ц=4 от 6,7 до 11,5%; при П:Ц=5 от 5,7 до 11,5%. Количество вовлеченного воздуха при введении в смеси растворные гранулированной добавки с воздухововлекающим компонентом соответствует воздухововлечению в аналогичных составах с исходным сырым сульфатным мылом.
Оптимальный объем воздухововлечения (7—9%), рекомендуемый ГОСТ 26633—91* для морозостойких мелкозернистых смесей, достигается при введении 10% гранулированной добавки, что соответствует оптимальной дозировке.
Водопотребность равноподвижных смесей с П:Ц, равным 4 и 5, с увеличением содержания гранулированной добавки от 5 до 15% (и соответственно вовлекаемого воздуха от 5,7 до 11,5%) при одинаковой подвижности уменьшается, что согласуется с данными [6]. При увеличении доли песка в составе растворной смеси пузырьки вовлекаемого воздуха пластифицируют смесь.
При увеличении количества гранулированной добавки от 5 до 10% водопотребность смесей существенно не меняется. Известно, что отдельное введение микрокремнезема больше 5% значительно увеличивает водо-потребность смеси [5].
В смесях с пониженным содержанием песка (П:Ц=3) равномерно распределенные пузырьки воздуха повышают связность смеси, а существенное увеличение содержания добавки, соответственно микрокремнезема, способствует повышению вязкости цементного теста и (при сохранении пластичности смеси) водопотреб-ности (В/Ц). Это явление необходимо учитывать при проектировании составов смесей сухих растворных цементных. Так, при проектировании составов для высокопрочных монтажных смесей целесообразно вводить дополнительно пластифицирующий компонент, например суперпластификатор С-3.
При содержании добавки до 10% снижение прочности, вызванное вовлечением воздуха, компенсируется действием микрокремнезема.
Ранее [3] методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа было установлено активное участие микрокремнезема в образовании гидросиликатов кальция. В присутствии гранулированной добавки с течением времени количество портландита в цементном камне уменьшается, а количество химически связанной воды увеличивается. Это приводит к компенсации отрицательного влияния вовлеченного воздуха на прочность затвердевшей смеси.
Были исследованы параметры условно-замкнутой пористости растворов из сухих строительных смесей. Использование гранулированной добавки позволяет направленно воздействовать на параметры условно-замкнутой пористости, формируя поры оптимальных размеров с диаметром до 300 мкм (преимущественно 14—140 мкм), что при достаточном объеме вовлеченного воздуха обеспечивает фактор расстояния L =
0.22.0,24 мм (табл. 3). При этом происходит уменьшение среднего размера пор вовлеченного воздуха и увеличение удельной поверхности пор по сравнению с исходной воздухововлекающей добавкой.
Из смесей сухих растворных состава П:Ц=3 были изготовлены контрольные образцы для определения морозостойкости. Результаты исследований приведены в табл. 4.
Проведенные опытно-промышленные испытания на ООО «СТЭКС» (г. Братск Иркутской области) подтвердили достоверность разработанных рекомендаций и эффективность использования смесей сухих строительных для монтажных и кладочных работ с гранулированной воздухововлекающей добавкой на основе продуктов сульфатно-целлюлозного производства.
Таким образом, разработанная гранулированная добавка позволяет получать растворы М75—М200 из сухих строительных смесей повышенной морозостойкости с уменьшенным на 15—25% расходом цемента по сравнению с рекомендуемыми СП 82—101—98.
Гранулированная воздухововлекающая добавка на основе продуктов сульфатно-целлюлозного производства эффективна и обеспечивает оптимальную поровую структуру затвердевших цементных материалов.
Ключевые слова: смеси сухие строительные, воздухововлекающая добавка
Список литературы
1. Белых С.А., Фадеева А.М. Малоэнергоемкие способы получения воздухововлекающих добавок в сухие строительные смеси // Сухие строительные смеси. 2008. № 1. С. 64-66.
2. Патент РФ RU (11) 2283292 (13) C1 Способ приготовления микрогранул комплексной добавки в цементные композиты / С.А. Белых, А.М. Фадеева, А.Ю. Мясникова, В.Г. Попова // Заявл. 12.04.2005. Опубл. 10.09.2006. Бюл. № 25.
3. Карнаухов Ю.П., Кудяков А.И., Зиновьев А.А., Белых С.А. Модификаторы бетонов и строительных растворов из отходов сульфатно-целлюлозного производства // Строит. материалы. 1997. № 9. С. 11-13.
4. Кудяков А.И., Белых С.А., Даминова А.М. Сухие растворные смеси с гранулированными органомине-ральными воздухововлекающими добавками // Вестник ТГАСУ. 2009. № 3. С. 101-110.
5. Батраков ^./.Модифицированные бетоны. Теория и практика. М., 1998. 768 с.
6. Воздухововлекающие добавки в гидротехническом бетоне. М. — Л.: Стройиздат, 1953. 120 с.
www.rifsm.ru 53
■f: ■ научно-технический и производственный журнал
AiJ : : ® январь 2010
