CC BY
19УДК 691.33
В.С. ИЗОТОВ, д-р техн. наук, Р.А. ИБРАГИМОВ, инженер (Rusmag007@yandex.ru), Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Влияние некоторых гиперпластификаторов на основные свойства цементных композиций
Первым шагом к получению современных высококачественных бетонных смесей и бетонов, характеризующихся высокой подвижностью и прочностью при относительно небольшом расходе цемента, стало появление добавок-суперластификаторов на нафталин-и меламинформальдегидной основе, позволяющих достичь значительного водоредуцирования при обеспечении достаточной подвижности. Разработка принципиально новых водоредуцирующих добавок на поли-карбоксилатной основе значительно увеличила спектр цементных композитов, сделала возможным получение литых и самоуплотняющихся бетонных смесей с минимальным водоцементным отношением (<0,2) и высокой прочностью (более 100 МПа). Однако при понижении водоцементного отношения в бетонах возникают особые условия гидратации цемента вследствие дефицита жидкой фазы, что может привести к уменьшению степени гидратации и формированию неоднородной структуры. Кроме того, недостаточно исследованными остаются вопросы, связанные с влиянием по-ликарбоксилатных пластификаторов на формирование структуры, фазовый состав и морфологию гидратных фаз и, как следствие, на долговечность получаемых материалов [1, 2].
Настоящая работа посвящена изучению особенностей влияния гиперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов на свойства цементного камня, раствора и бетона, а также на кинетику тепловыделения и контракцию цементного теста.
Проведены сравнительные испытания следующих широко распространенных пластифицирующих добавок: Мобет марки 2 (далее Мобет-2) (ООО «Бийскхим-стройматериалы»); Sika® ^коСгеге®-20 НЕ и Sika® ^>коСге1е®-5№и (далее Sika 20НЕ и Sika 5№и) (компания Sika®), Одолит-Т, Одолит-К, Одолит-КW (ООО «Сервис-Групп»), Remicrete SP10 (компания Schomburg). Произведена оценка их эффективности по сравнению с добавкой отечественного суперпластификатора С-3 (Владимирский завод ЖБК).
Для установления общих закономерностей влияния гиперпластификаторов на свойства цементных композиций в работе использовали портландцемент ПЦ400 Д20 Вольского завода и портландцемент ПЦ400 Д20 Ульяновского завода, состав которых приведен в табл. 1.
Результаты исследований влияния добавок на нормальную густоту цементного теста и сроки схватывания по ГОСТ 310.4-81 (2003) (Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии) показали, что наибольшим водоредуцирующим действием из перечисленных выше добавок обладают добавки Мобет-2, Одолит-К и Одолит-КW в оптимальных дозировках 1-1,4% от массы цемента, при введении которых нормальная густота цементного теста снижается на 26-27%. Наименьшим водоредуцирующим свойством обладает добавка С-3.
Все добавки замедляют процесс начала и конца схватывания цементного теста. Начало схватывания с добавками гиперпластификаторов через 53-171 мин, а конец схватывания на 37-138 мин позднее по сравнению с контрольным составом, в зависимости от вида и дозировки добавки.
Для определения влияния добавок гиперпластификаторов на водопотребность растворной смеси и физико-механические свойства растворов проведены испытания цементно-песчаного раствора по ГОСТ 310.4-81(2003).
Применялся песок обогащенный с модулем крупности Мкр = 2. Приготавливались растворные смеси равной консистенции состава 1:3 при расплыве конуса 110 мм.
Добавки вводились в растворную смесь с водой затворения. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Из данных, приведенных в табл. 2, видно, что при введении исследуемых добавок снижается водоцемент-ное отношение растворной смеси на 20-25,7%. При этом наибольшее снижение водоцементного отношения достигается при введении добавок Одолит-К и Одолит-КW в количестве 1,2% от массы цемента (на 25,7%) на Вольском портландцементе, в то время как при введении добавки С-3 водопотребность снижается только на 17%.
Снижение водопотребности растворной смеси приводит и к повышению прочности раствора. При этом прочность при изгибе раствора нормального твердения в возрасте 7 сут с добавками значительно выше, чем без них. Например, прочность при изгибе с добавками Одо-лит-К и Одолит-КW увеличивается на 44-61%; с добавкой С-3 - на 39%; с добавкой Sika 20НЕ - на 15-42%; с добавкой Sika 5№и - 19-43%; с добавками Мобет-2, Одолит-Т и SP10 - на 50-60%, 42% и 60% соответственно.
Таблица 1
Цемент Процентное содержание главных окислов Содержание основных минералов Содержание добавок, %
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO C3S C2S C3A C4AF Опока SO3
Вольский завод 22,55 4,75 4,7 65,04 57 21 4,6 14 8 2,2
Ульяновский завод 22,1 5 9 64 54 20 11 12 9,2 2,8
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q'ff Э^МЗ^ШЙМЗ
ноябрь 2010 Щй^гШЗЫ*
Таблица 2
Содержание добавок, % Средняя плотность раствора, Прочность цементно-песчаного раствора (МПа) в возрасте, сут
Одолит-К, Одолит-^ В/Ц 7 28
С-3 Б1ка 20НЕ Б1ка 5Ыеи Мобет-2 Одолит-Т БР10 кг/м3 при изгибе при сжатии при изгибе при сжатии
2330 0,42 4,05 23,56 4,96 29,54
2330 0,425 3,98 23,26 4,98 28,94
- - 0,8 - - - - 2340 2340 0,332 0,344 4,65 4,58 29,04 28,76 5,16 5,01 39,42 39,04
1 2370 0,318 5,74 36,3 6,21 47,2
2370 0,323 5,52 35,9 6,09 46,8
0,8 - - - - - - 2370 2370 0,334 0,344 5,82 5,64 39,42 38,85 5,84 5,79 43,2 43,4
1 - - - - - - 2370 2370 0,32 0,318 6,54 6,48 51,8 51,3 7,05 6,93 54,2 54,1
1,2 2370 0,312 6,11 46,6 6,39 49,7
2370 0,323 6,05 46,2 6,28 49,4
- 0,8 - - - - - 2370 2370 0,35 0,353 5,62 5,48 34,7 34,3 5,6 5,4 38,3 38,1
1 2370 0,316 5,81 37,2 6,32 48,1
2370 0,319 5,74 36,9 6,28 48,2
- - - 1,2 - - - 2370 2370 0,313 0,315 4,84 4,75 29,46 29,34 5,25 5,21 39,9 37,6
- - - - 1,2 - - 2370 2370 0,32 0,326 6,48 6,32 50,2 47,7 6,95 6,84 54,1 53,8
1,4 2370 0,312 6,08 46,3 6,22 49,4
2370 0,318 6,02 45,8 6,18 49,1
- - - - - 1,3 - 2370 2370 0,34 0,342 5,78 5,66 35,4 34,9 6,4 5,8 38,8 38,3
1 2370 0,316 6,52 50,8 6,9 54,2
2370 0,32 6,38 48,9 6,88 53,9
Примечание. Над чертой приведены показатели для портландцемента Вольского завода; под чертой - портландцемента Ульяновского завода.
Прочность при сжатии в возрасте 7 сут с добавками Одолит-К и Одолит-КW увеличивается на 67—120%; с добавкой С-3 — на 47%; с добавкой Sika 20НЕ — на 23—54%; с добавкой Sika 5№и — на 25—58%; с добавками Мобет-2, Одолит-Т и SP10 - на 110%, 51% и 115% соответственно.
Прочность при изгибе и сжатии раствора нормального твердения в возрасте 28 сут, так же как и в возрасте 7 сут, значительно выше с добавками, чем без них. При этом прочность при изгибе с добавками Одо-лит-К и Одолит-КW увеличивается на 18-42%; с добавкой С-3 — на 13%; с добавкой Sika 20НЕ — на 4—25%; с добавкой Sika 5№и — на 6—27%; с добавками Мобет-2, Одолит-Т и SP10 — на 40%, 29% и 39% соответственно. Прочность при сжатии раствора с добавками Одолит-К и Одолит-КW увеличивается на 46—83%; с добавкой С-3 — на 30%; с добавкой Sika 20НЕ — на 33—60%; с добавкой Sika 5№и — на 35—63%; с добавками Мобет-2, Одолит-Т и SP10 — на 81%, 32% и 83% соответственно.
Наилучшие показатели как по водоредуцирующему эффекту, так и по повышению прочности раствора нормального твердения достигаются при введении добавок Одолит-К и Одолит-КW в количестве 1% от массы цемента.
Изучено влияние добавок на физико-механические свойства тяжелого бетона нормального твердения в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут. Для эксперимента принят производственный состав бетонной смеси марки М350
с осадкой конуса 8—9 см (Ц=450 кг/м3, П=595 кг/м3, Щ=1140 кг/м3). Заполнителями служили обогащенный песок Камского месторождения с модулем крупности 2,7, щебень из гравия Камского месторождения фракции 5—20 мм. Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности по ГОСТ 7473—94 «Смеси бетонные. Технические условия».
Содержание добавок в бетонных смесях составило: Одолит-^ — 1%; Одолит-К — 1%; Одолит-Т — 1,3%; С-3—0,8%; Мобет-2 — 1,2%; Sika 20НЕ, Sika 5Neu, SP 10 — по 1% от массы цемента. Добавки вводились в бетонную смесь с водой затворения. Водоцементное отношение состава без добавок составило 0,46; с добавками Одолит-КW и Одолит-К — 0,33; с добавкой Одолит-Т — 0,35; с добавками Sika 20НЕ, Sika 5№и, SP 10, Мо-бет-2 — 0,34; с добавкой С-3 — 0,39. Контрольные образцы-кубы с размерами 10x10x10 см сразу после изготовления помещались в камеру нормального хранения и испытывались через 1, 3, 7, 28 сут. Результаты испытаний приведены в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что все изучаемые добавки повышают прочность бетона во все сроки твердения. Однако наибольший прирост прочности в первые трое суток обеспечивается при введении добавок Одолит-КW и Одолит-К (на 56%). В указанные сроки при введении добавки С-3 прочность бетона повышается на 28%; с добавкой SP10 — на 55%; с добавками Sika 20НЕ и Sika 5№и — на 42% и 44% соответственно; с добавкой Одолит-Т — на 40%; а с добавкой Мобет-2 — на 55%.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
: ® ноябрь 2010 1Г
Таблица 3
Содержание добавок, % Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 Прочность при сжатии (МПа) бетона в возрасте, сут:
Одолит-Т С-3 Б1ка 20НЕ Б1ка 5Ыеи Одолит-1Ш, Одолит-К БР 10 Мобет-2 1 3 7 28
- - - - - - - 2370 7,52 6,65 18,05 18,5 29,38 24,7 36,8 33,45
1,3 - - - - - - 2475 10,83 25,27 40,25 48,57
9,64 26,09 35,3 44,86
- 0,8 - - - - - 2460 9,78 8,65 23,15 23,68 37,4 31,62 46,4 42,82
- - 1 - - - - 2475 10,9 25,7 41,1 50,2
9,64 26,09 34,83 46,7
- - - 1 - - - 2475 11,1 9,9 26 26,45 41,7 35,32 50,9 46,83
- - - - 1 - - 2475 12,44 11,04 28,25 28,67 44,51 37,8 54,93 51,4
- - - - - 1 - 2475 12,09 28,08 42,16 52,3
10,7 28,36 35,57 47,59
- - - - - - 1,2 2475 12,41 10,78 28,16 28,45 44,36 36,6 54,8 50,3
Примечание. Над чертой приведены показатели для портландцемента Вольского завода; под чертой - портландцемента Ульяновского завода.
В возрасте 28 сут нормального твердения прочность бетона при сжатии с добавками повышается с 36,8 до 54,8 МПа, т. е. на 49%. При этом наибольшее повышение прочности достигается при введении добавок Одо-лит-КW и Одолит-К в количестве 1% от массы цемента (на 49%). При введении добавки С-3 прочность при сжатии повышается только на 26%; с добавкой SP10 — на 42%; с добавками Sika 20НЕ и Sika 5№и — на 36% и 38% соответственно; с добавкой Одолит-Т — на 32%; с добавкой Мобет-2 — на 47%.
Рис. 1. Тепловыделение при гидратации: а - Вольского портландцемента; б - ульяновского портландцемента с гиперпластификаторами: 1 - без добавки; 2 - Одолит-К; 3 - Одолит-Т; 4 - Одолит-^; 5 - вРЮ
Водонепроницаемость бетонных образцов-цилиндров 15x15 см определяли по ГОСТ 12730.5—84 (Бетоны. Методы определения водонепроницаемости); морозостойкость определяли по ГОСТ 10060.3—95 (Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости). Результаты испытаний бетонных образцов, изготовленных на вольском портландцементе, приведены в табл. 4.
Проведены экспериментальные исследования кинетики тепловыделения при гидратации цемента и контракции цементного теста в присутствии гиперпластификаторов. Для проведения данных исследований по результатам физико-механических свойств бетона были выбраны добавки Одолит-Т, Одолит-К, Одолит-КW и SP10 как наиболее эффективные.
Исследования тепловыделения при гидратации цемента проводились термосным методом с использованием измерительного комплекса «ТЕРМОХРОН DS1921». Выявлено, что добавки Одолит-Т, Одолит-К, Одолит-КW влияют на процессы гидратации в меньшей степени по сравнению с добавкой SP10 как на вольском, так и на ульяновском портландцементе. Все добавки вводились в количестве 1% от массы цемента (рис. 1, а, б).
Контракцию цементного теста с добавками определяли на контракциометрическом тестере активности цемента «Цемент-прогноз». Результаты испытаний приведены на рис. 2, а, б.
Как видно из рис. 2, а, б, процесс контракции цемента с добавками замедляется, вследствие чего удлиняется индукционный период гидратации цемента. Наиболее заметное замедление гидратации цемента наблюдается с добавкой Одолит-КW на ульяновском портландцементе и с добавкой SP10 на вольском портландцементе.
Выводы.
1. Введение в бетонную смесь изучаемых добавок позволяет обеспечить существенное повышение плотности, прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона.
2. Все изучаемые добавки обладают высокой водо-редуцирующей способностью. Так, добавки Мобет-2, Одолит-К и Одолит-КW снижают водоцементное отношение до 29%; добавки Sika 20НЕ, Sika 5№и и Одо-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (""ЭЙ ^ Г Г Iг ! 13
"Тб ноябрь 2010
Таблица 4
Содержание добавок, % Марка бетона по водонепроницаемости Марка бетона по морозостойкости
Мобет-2 Sika 20HE, Sika 5Neu Одолит-К Одолит-KW Одолит-Т SP 10
- - - - - - W6 F200
1,2 - - - - - W12 F500
- 1 - - - - W14 F500
- - 1 - - - W16 F500
- - - 1 - - W20 F500
- - - - 1,3 - W12 F400
- - - - - 1 W16 F500
со 2
6 4,5 £ 4
ЁЗ 3,5 " 3
о 3 2,5
к
§ 2 I1,5
iE 1
о
* 0,5 0,
0
Рис. 2. Контракция цементного теста на: а - Ульяновском портландцементе; б - Вольском портландцементе: 1 - без добавки; 2 - Одолит-К; 3 - Одолит-Т; 4 - Одолит-Ш; 5 - БРЮ
лит-Т — до 24%, в то время как суперпластификатор С-3 — только до 16%.
3. Отличительной особенностью исследуемых добавок является существенное повышение прочности в ранние сроки твердения. Так, через сутки нормального твердения прочность бетона с добавками Одолит-К и Одолит-КW увеличивается на 66%; с добавками Sika — на 45—47%, в то время как с добавкой С-3 — только на 30%. Через 3—7 сут прочность бетона с добавками Одо-лит-К и Одолит-КW увеличивается на 51—56%, с добавками Sika и SP10 — на 40—42%. Следует отметить, что введением добавок Одолит-К, Одолит-КW, Мобет-2 и SP10 достигается распалубочная прочность, равная 70% от марочной в возрасте 3 сут.
4. Марочная прочность бетона, модифицированного исследуемыми добавками, повышается на 26—50%. Наибольшая прочность бетона достигается при введении добавок Одолит-КW, Одолит-К и SP10 (в 1,5 раза выше, чем бетона без добавки).
5. Водонепроницаемость бетона с новыми добавками возрастает от 3 до 7 ступеней. Морозостойкость модифицированного бетона повышается в 2—2,5 раза (с F200 до F400, F500).
6. Влияние на тепловыделение и контракцию цементного теста с добавками неоднозначно. Но общим для
всех изучаемых добавок является замедление процесса гидратации цемента в ранний период.
Ключевые слова: добавки, гиперпластификаторы, тяжелый бетон.
Список литературы
1. Баженов Ю.М., Демьянова В. С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: Издательство АСВ, 2006. 368 с.
2. Изотов В.С., Соколова Ю.А. Химические добавки для модификации бетона. М.: Палеотип, 2006. 243 с.
3. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. Исследование влияния добавок гиперпластификаторов на физико-механические свойства тяжелого бетона // Известия КазГАСУ. 2009. № 2(12) С. 242-245.
Научно-практическая конференция
«Текущее состояние строительного комплекса и перспективы посткризисного развития промышленности строительных материалов в РФ» 16 февраля 2011 г. Москва
В программе:
■ Текущее состояние строительного комплекса Российской Федерации
■ Деятельность подотраслей промышленности строительных материалов за 2008-2010 гг.
■ Стратегия развития промышленности строительных материалов до 2020 г.: обсуждение и предложения по дальнейшему совершенствованию
■ Перспективные направления инвестиционной деятельности
■ Пути преодоления кризисных явлений в отрасли и перспективы посткризисного развития
Докладчики: ведущие отраслевые аналитики и исследователи рынка строительных материалов; руководители профессиональных Союзов и Ассоциаций стройиндустрии; представители органов исполнительной власти и инвестиционных компаний.
www.ikf-itcor.ru,ikf-itcor@ikf-itcor.ru, itkor@mail.ru Телефон/факс: (495) 232-47-56
Информационные партнеры конференции научно-технические и производственные журналы «Строительные материалы»® и «Жилищное строительство»
.А •
там'жтво
а
6
5
4
3
0
0
2
3
4
5
6
7
8
9
ч
2
3
4
5
6
7
8
9
ч
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
AiJ : : ® ноябрь 2010 IT
