Влияние новой комплексной добавки на основные свойства цементных композиций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.33

В.С. ИЗОТОВ, д-р техн. наук, Р.А. ИБРАГИМОВ, канд. техн. наук (rusmag007@yandex.ru), Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Влияние новой комплексной добавки на основные свойства цементных композиций

Повышение эффективности и качества бетона и железобетона является весьма актуальной задачей, которая не может быть успешно решена без использования в технологии бетона химических добавок, среди которых в настоящее время на первое место выходят комплексные добавки, обладающие специфическим воздействием на структуру и свойства бетонов [1].

В последнее время широкое распространение находят комплексные добавки на основе эфиров поликар-боксилатов. Применение данных комплексных добавок, основным компонентом которых являются высокоэффективные гиперпластификаторы на поликарбок-силатной основе, позволяет получить высокопрочные и высококачественные бетоны с низким водоцементным отношением и величиной капиллярной пористости. Однако недостаточно исследованными являются вопросы, связанные с изучением влияния комплексных добавок на основе поликарбоксилатов на особенности структурообразования, процессы гидратации цементных систем и на долговечность цементных бетонов. В связи с этим получение комплексных добавок на основе эфиров поликарбоксилатов и исследование особенностей их влияния на структурообразование цементных композиций является актуальным и перспек-

тивным направлением разработки эффективных технологий модифицированных бетонов, характеризующихся высокими эксплуатационными свойствами и долговечностью.

Путем проведения многочисленных лабораторных испытаний, сравнением технико-экономических показателей модифицирующих импортных и отечественных добавок [2, 3] получена комплексная добавка на основе гиперпластификатора Одолит-К (ООО «Сервис-Групп»), сульфата натрия (СН) и гидрофобизатора ФЭС-50 (ОАО «ХимПром»). Проведена оптимизация состава комплексной добавки математическим планированием эксперимента. Концентрация компонентов в составе комплексной добавки составила: Одолит-К — 38%; СН - 58%; ФЭС-50 - 4% [4].

Изучено влияние комплексной добавки и ее компонентов на изменение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста на портландцементах Ульяновского (под чертой) и Вольского (над чертой) заводов ПЦ400 Д20 (табл. 1).

Из табл. 1 видно, что наибольшее снижение водопо-требности цементного теста наблюдается при введении комплексной добавки (на 31,5%) на портландцементе Вольского завода, отличающегося наименьшим содержанием трехкальциевого алюмината. При этом пластифицирующий эффект комплексной добавки выше, чем добавки Одолит-К, что обусловлено дополнительной пластификацией цементного теста гидрофобизатором.

Сроки схватывания цементного теста с комплексной добавкой незначительно отличаются от контрольного состава. Так, начало схватывания цементного теста наступает на 28-33 мин позднее состава без добавок, а конец схватывания - на 10-44 мин.

На рис. 1 приведены результаты определения рН жидкой фазы цементного теста в присутствии комплексной добавки и ее компонентов, из которых следует, что все исследуемые добавки, введенные в цементное тесто в оптимальных количествах, повышают рН жидкой фазы особенно интенсивно в течение первых 10 мин с момента затворения. Самые высокие значения рН во все сроки испытания наблюдаются в составе с ускорителем твердения. С увеличением продолжитель-

Таблица 2

Таблица 1

Вид добавок Содержание добавок, % Нормальная густота ЦТ, % Сроки схватывания, мин

начало конец

Без добавок - 0,27 0,28 173 158 342 352

Одолит-К 1 0,19 0,215 266 243 438 402

СН 1,5 0,26 0,27 87 76 155 140

ФЭС-50 0,1 0,27 0,28 194 166 486 431

Комплексная добавка 2,6 0,185 0,21 206 186 386 362

Содержание добавок, % Средняя плотность раствора, кг/м3 Прочность цементно-песчаного раствора (МПа) в возрасте, сут

Одолит-К СН ФЭС-50 В/Ц 7 28

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

2370 0,318 6,54 51,8 7,05 54,2

2370 0,32 6,48 51,3 6,93 54,1

1,5 2336 0,42 4,56 25,87 5,06 31,76

2338 0,425 4,28 24,32 5,01 30,24

0,1 2325 0,42 3,84 21,43 5,02 30,68

2328 0,425 3,62 21,14 5,06 30,07

1,5 0,1 2376 0,3 6,86 54,6 7,46 56,8

2374 0,315 6,69 53,1 7,21 52,4

Примечание. Над чертой приведены показатели раствора на портландцементе Вольского завода; под чертой - на портландцементе Ульяновского завода.

июнь 2012

65

Время гидратации, мин

Рис. 1. Влияние комплексной добавки и ее компонентов на изменение рН жидкой фазы цементного теста: 1 - без добавок; 2 - 1% Одолит-К; 3 - 0,1% ФЭС; 4 - 1,5% СН; 5 - 2,6% комплексная добавка

Рис. 2. Тепловыделение при гидратации вольского портландцемента: 1 - без добавки; 2 - Одолит-К; 3 - СН; 4 - ФЭС-50; 5- комплексная добавка

Продолжительность гидратации, ч

Рис. 3. Тепловыделение при гидратации ульяновского портландцемента: 1 - без добавки; 2 - Одолит-К; 3 - СН; 4 - ФЭС-50; 5- комплексная добавка

ности гидратации цементного теста рН жидкой фазы с комплексной добавкой повышается до значений 12,3— 12,4 и остается более высокой, чем в тесте без добавок.

Кинетика гидратации цемента в присутствии добавок изучалась методом термосной калориметрии с использованием измерительного комплекса «ТЕРМОХРОН ББ1921». На рис. 2, 3 приведены температурные кривые гидратации цементного теста, из которых видно, что все добавки увеличивают температуру гидратации портландцемента, кроме добавки Одолит-К на вольском портландцементе. Время достижения температурного максимума с комплексной добавкой на 5—7 ч короче, чем состава без добавки, что говорит об ускорении процесса гидратации портландцемента. Увеличение температурного максимума с комплексной добавкой говорит о более полной степени гидратации портландцемента, чем состава без добавки.

Исследование влияния комплексной добавки и ее компонентов на физико-механические свойства цементных композиций выполнялось на составах равной подвижности.

В табл. 2 приведены результаты исследования влияния добавок на водопотребность равнопластичных растворных смесей (марка ПК1), а также на прочность при сжатии и изгибе цементного камня в возрасте 7 и 28 сут естественного твердения по ГОСТ 310.4—81.

Как видно из табл. 2, наибольшее снижение водоце-ментного отношения растворной смеси наблюдается в присутствии комплексной добавки (на 28% на портландцементе Вольского завода и на 26% на портландцементе Ульяновского завода).

Снижение водопотребности растворной смеси приводит и к повышению прочности раствора в возрасте 7 и 28 сут. При этом наилучшие показатели достигаются в присутствии комплексной добавки на обоих видах цемента. Так, прочность при изгибе и сжатии образцов на портландцементе Вольского завода в возрасте 7 сут в присутствии комплексной добавки увеличивается на 68 и 132% соответственно, в то время как с добавкой Одолит-К — на 61 и 123%; с добавкой СН — на 12 и 10%, а с добавкой ФЭС-50 наблюдается некоторое снижение прочности. На портландцементе Ульяновского завода в присутствии комплексной добавки прочность при изгибе и сжатии повышается на 64 и 127%; с добавкой Одолит-К — на 62 и 119%; с добавкой СН — на 7 и 5%; с добавкой ФЭС-50 наблюдается снижение прочности на 7 и 10% соответственно.

В возрасте 28 сут нормального твердения раствора на портландцементе Вольского завода прочность при изгибе и сжатии с добавкой Одолит-К увеличивается на 42 и 83%; с добавкой СН — на 2 и 7%; с комплексной добавкой — на 50 и 92% соответственно; с добавкой ФЭС-50 указанные параметры изменяются незначительно.

Таблица 3

Содержание добавок, % Средняя плотность бетонной Прочность при сжатии (МПа) бетона в возрасте, сут

Одолит-К СН ФЭС-50 смеси, кг/м3 1 3 7 28

- - - 2370 7,52 6,65 18,05 18,50 29,38 24,70 36,8 33,45

1 - - 2475 12,44 11,04 28,25 28,67 44,51 37,8 54,93 51,4

1,5 - 2375 10,53 9,64 24,37 25,34 37,02 31,37 37,53 34,12

- - 0,1 2370 7,31 6,23 17,25 17,86 28,45 24,3 38,4 34,75

1 1,5 0,1 2480 15,57 13,17 34,47 34,22 50,24 43,75 58,88 52,52

Примечание. Над чертой приведены показатели бетона на портландцементе Вольского завода; под чертой - на портландцементе Ульяновского завода.

66

июнь 2012

На портландцементе Ульяновского завода в возрасте 28 сут прочность раствора при сжатии и изгибе с добавкой Одолит-К увеличивается на 38 и 87%; с добавкой СН - на 0,5 и 5%; с добавкой ФЭС-50 - на 2 и 4%; с комплексной добавкой — на 44 и 81% соответственно.

Из приведенных результатов следует, что наилучшие показатели цементных образцов с комплексной добавкой достигаются на портландцементе Вольского завода, отличающегося пониженным содержанием С3А.

В табл. 3 приведены результаты влияния комплексной добавки и ее компонентов на физико-механические свойства тяжелого бетона в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут нормального твердения.

Для эксперимента принят состав бетона марки М350 с осадкой конуса бетонной смеси 8—9 см с расходом цемента 450 кг/м3; песка 595 кг/м3; щебня 1140 кг/м3. Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности (П2 по ГОСТ 7473-94).

Добавки вводились в бетонную смесь с водой затво-рения. Водоцементное отношение состава без добавки составило 0,46; с добавкой Одолит-К и комплексной добавкой — 0,33. Таким образом, применение комплексной добавки позволит снизить водопотребность бетонной смеси на 29%. Контрольные образцы-кубы с размерами 10x10x10 см сразу после изготовления в формах помещались в камеру нормального хранения и ис-пытывались через 1, 3, 7, 28 сут. Результаты испытаний приведены в табл. 3, из которой видно, что все изучаемые добавки повышают прочность бетона во все сроки твердения, кроме добавки ФЭС-50. Однако наибольший прирост прочности в первые 3 сут твердения бетона обеспечивается при введении комплексной добавки на портландцементе Вольского завода (на 91—107%). В указанные сроки при введении добавки Одолит-К прочность бетона повышается на 57-65%; с добавкой

СН - на 35-40%. На портландцементе Ульяновского завода прочность при сжатии с добавкой Одолит-К повышается на 55—66%; с добавкой СН — на 37—45%, а с комплексной добавкой - на 84-98%.

В возрасте 28 сут нормального твердения прочность бетона при сжатии на портландцементе Вольского завода с добавкой Одолит-К повышается на 49%; с добавкой СН — на 2%; с добавкой ФЭС-50 — на 4%, а с комплексной добавкой — на 59%. На портландцементе Ульяновского завода прочность бетона при сжатии с добавкой Одолит-К повышается на 53%; с добавкой СН — на 2%; с добавкой ФЭС-50 — на 4%, а с комплексной добавкой — на 55%.

Исследования показали, что комплексная добавка существенно повышает плотность и прочность бетона и цементно-песчаного раствора, ускоряет набор прочности бетона в ранние сроки твердения, особенно на портландцементе Вольского завода.

Ключевые слова: комплексная добавка, модификация бетона, тяжелый бетон, добавки.

Список литературы

1. Изотов В.С., Соколова Ю.А. Химические добавки для модификации бетона. М.: Палеотип, 2006. 243 с.

2. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. Влияние добавок ускорителей твердения на свойства тяжелого бетона // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 35—37.

3. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. Влияние некоторых гиперпластификаторов на основные свойства цементных композиций // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 14—17.

4. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. Комплексная добавка для повышения долговечности тяжелого бетона // Бетон и железобетон. 2011. № 4. С. 14—16.

¡■Л ®

июнь 2012

67