Влияние соединений специального портландцемента на совместимость с суперпластификаторами различной природы

Значительное распространение в строительстве приобретает применение высокопрочного бетона для ремонта и восстановления зданий и сооружений.

Влияние соединений специального портландцемента

Такие сооружения часто эксплуатируются в коррозионной среде. Видомо, цементы, содержащие железосодержащие соединения имеют большую коррозионную стойкость чем цементы с алюминатных соединениями.

На сегодня существуют фундаментальные исследования взаимодействия цементов, содержащих алюминатных соединения, с поверхностно-активными добавками. Для железосодержащих цементов данные исследования почти отсутствуют. Применение цементов, содержащих железистые соединения, в системе модифицированных бетонов, с их последующим использованием для ремонтных работ и монолитного строительства, требует изучения избирательного действия химических добавок на цементы, особенностей протекания процессов гидратации в присутствии добавок, условий формирования ранней прочности и т.п.

Достаточно эффективным высокопрочным безусадочного цементом при относительно небольшой стоимости, является портландцемент ГОР-2, модифицированный сульфатожелезосодержащей добавкой.

Портландцемент ГОР-2 кроме портландцементного клинкера и гипса содержит активизаторы твердения на основе отходов производства двуокиси титана, содержащий наряду с закиснет сернокислым железом, и серную кислоту. Для связывания последней и получения FeSO4 · (n) H2O отходы обрабатывают Метакаолин. Бетоны на его основе по счет формирования в цементе Aft фаз характеризуются низкой усадкой и имеют ценные строительно-технические свойства.

Как минеральные добавки использовали микрокремнезем (отходы производства завода ферросплавов) и сухую золу Челябинской ТЭС. В качестве суперпластификаторов применяли нафталинформальдегидну добавку С-3 и добавки на основе акрилатов (SR-3) и поликарбоксилаты (SVC 5-600) соответственно поставщики - "MAPE" и "Sika").

В качестве мелкого и крупного заполнителей использовали соответственно речной кварцевый песок с Мк = 1.7% и щебень из карьера фракции 5-10 мм и 10-20мм.

По данным рентгенофазового и микроскопического анализов активизаторы содержит FeSO4 · H2O. Также в системе присутствуют FeSO4 · 7H2O, SiO2 и Al2 (SO4) 3.17 H2O.

Исследовано влияние суперпластификаторов на процессы структурообразования активизаторы при изменении его пластической прочности и процесса тепловыделения. В качестве эталона сравнения было принято тесто химически чистого С3А Тепловыделение и пластическая прочность отличаются от других свойств тем, что они непосредственно связаны с гидратацией и сопровождающие этот процесс с самого начала. Поэтому было целесообразно определить пластическую прочность и тепловыделение исследуемых соединений и данных соединений с исследуемыми добавками (суперпластификаторов).

Долгое время схватывания активизатора твердения объясняется его минералогическим составом. Главным процессом, определяющим механизм действия гидратации активизатора, является присоединение воды к сульфатам, гидросульфатами железа и алюминия.

Введение активизатора вместе с водой суперпластификаторов приводит к замедлению процессов гидратации как для активизатора твердения, так и С3А. Такой эффект суперпластификаторов объясняется природой их действия. На начальной стадии они позволяют более длительный срок сохранять пластичность смеси без существенной ее потери.

Разный эффект действия суперпластификаторов на С3А и активизаторы твердения объясняется разной их взаимодействием с минеральной составляющей. Так, для теста С3А и активизатора твердения, закрытых раствором суперпластификатора С-3 начало твердения возрастает примерно в 1,5 раза. Это объясняется тем, что добавка С-3 при одинаковом дозирования не существенно чувствительна к минералогии исследуемых цементов. Добавка на основе акрилатов более чувствительна к минералогии цементов любого типа. Так при применении SR-3 начало схватывания С3А возрастает примерно в 1,7 раза, тогда как для активизатора в 2 раза.

В то же время относительная действие поликарбоксилатные добавки на С3А значительно меньше, чем на активизаторы. Так, начало твердения для активизатора растет в 3 раза, а для С3А только в 2 раза по сравнению с контрольными. Это объясняется тем, что при использовании SVC 5-600 частицы минерального вещества, кроме действия электростатического отталкивания, еще дополнительно диспергируются суперпластификатором за счет его стерического эффекта, который возникает из-за главные и дополнительные цепи сторон молекул поликарбоксилатные группы, к  которой относится SVC 5-600. Поэтому, когда используется этот суперпластификатор, он более интенсивно диспергированной активизаторы, поскольку последний содержит значительное количество водорастворимых соединений, что только диспергируются, в то время как алюминаты кальция за счет меньшей растворимости диспергируются меньше.

Также были проведены исследования тепловыделения смесей на основе алюминатов кальция и активизатора. Так, было установлено, что для активизатора твердения общее тепловыделения при взаимодействии с водой на 3 сутки было 10 кал / г, тогда как для С3А оно было более 110 кал /г, из которых выделение 60 кал / г наблюдалось после 10:00 твердения.

Достаточно низкое тепловыделение смеси активизатора с водой объясняется низкой активностью соединений, которые представлены сульфатожелезосодержащими веществами и процессами диспергаций, которые происходят с поглощением тепловой энергии.

Добавка С-3 уменьшает количество выделенного тепла для активизатора 3 сутки до 7 кал / г, а для С3А общее тепловыделение осталось на том же уровне, что и без суперпластификатора. Акриловый суперпластификатор SR-3 уменьшает общее количество выделенного тепла для активизатора до 6 кал / г, что почти в два раза меньше чем без суперпластификатора, тогда как тепловыделение С3А уменьшается незначительно, до 109 кал / г, по сравнению с 112 кал / г для смеси без суперпластификатора.

Добавка SVC 5-600 снижает общее тепловыделение активизатора 3 сутки в 2 раза, с 10 до 5 кал / г, а для С3А - 102 кал / г. Таким образом, тепловыделение смеси активизатора и добавок 3 сутки уменьшилось для С-3 - на 30%, SR-3 - на 40% и SVC 5-600 - на 50% по сравнению с тепловыделением активизатора без добавок. Тогда как тепловыделение для С3А с С-3 был на одном уровне, SR-3 уменьшилось на 3%, а с SVC 5-600 уменьшилось на 9%, но скорость тепловыделения при этом изменилась.

Полученные результаты тепловыделение подтверждают выводы, сделанные при определении пластической прочности. Они свидетельствуют о более высоком диспергирующий эффект активизатора твердения при использовании суперпластификатора SVC 5-600 чем С3А.

Установлены закономерности структурообразования активизатора твердения позволяют перейти к изучению цемента с таким активизатором твердения (ГОР-2).

За эталон был принят портландцемент М500 тип И. Для портландцемента начальная потеря пластической прочности (0,015 МПа) наступает через 55 минут, конечная (0,06 МПа) по - 1:00 30 минут. Исследуемый цемент ГИР-2 имеет начальную потерю пластичности (0,02 МПа), через 45 минут, конечную (0,09 МПа) при – 1 час 10 минут.

Скорую потерю пластичности цемента с железо содержащими соединениями можно объяснить образованием таких гидратных новообразований, как смешанные высокоосновные гидросульфоалюмофериты кальция и игольчатый-волокнистые гидросиликаты кальция, помещают значительное количество связанной воды.

Введение всех исследуемых суперпластификаторов в цементного теста позволяет длительное время (по сравнению с контрольными образцами теста) хранить его подвижность.

Влияние соединений специального портландцемента на совместимость с суперпластификаторами различной природы

Благодаря введению добавки наблюдаем совсем другую структуру гидросиликатов кальция и смешанных гидросульфоалюмоферитив кальция. В случае гидратации цемента ГОР-2 смешанные гидросульфоалюмофериты и гидросиликаты кальция обладают достаточно большой размер. В случае же введения суперпластификатора SVC 5-600 вместе с водой создается структура гидросиликатов альция и смешанных гидросульфоалюмоферитив кальция становится более мелкокристаллической. Образуется плотный монолитное тело. Это способствует повышению прочности и долговечности цементного камня.

Для обычного портландцемента более эффективно применять акрилатный суперпластификатор, а для цемента ГОР-2 поликарбоксилатный. Это объясняется, как установлено, большим диспергирующим эффектом SVC 5-600 на активизаторы твердения с соответствующим замедлением вердения ГОР-2, чем его действием на обычный портландцемент.

Установлено, что эффективность минерального компонента (микрокремнезем, зола) комплексной добавки при ее применении в бетонных смесях зависит от минералогии цемента. Так, для бетонных смесей гор-2 оптимальное количество микрокремнезема составляет - 17%, золы - 12% от массы цемента, в то время как для аналогичных составов бетонов на портландцементе оптимальное содержание добавок составлял для микрокремнезема - 15%, для золы - 10%. Эффективность введения большего количества высокодисперсных минеральных добавок для цемента ГОР-2  объясняется образованием в нем при твердении железосодержащих гидратных соединений с высокой удельной поверхностью, что требует соответственно большего количества минеральных добавок для укрытия гидратных новообразований.

Разработаны составы бетонных смесей на основе цемента ГОР-2 и предложенной комплексной добавки, введение которой позволяет получить из высокоподвижных бетонных смесей искусственный камень с высокими прочностными характеристиками, более 30 МПа на 3 сутки. Наиболее эффективно применение комплексной добавки, состоящей с поликарбоксилатного суперпластификатора 2,4% и микрокремнезема 17% или поликарбоксилатного суперпластификатора 2,4% и золы-уноса 12%.

Разработан и оптимизирован состав высокопрочного бетона, включающий цемент ГИР-2 и комплексную добавку (поликарбоксилатный суперпластификатор SVC 5-600 + зола). Такая бетонная смесь имеет определенные ценные свойства: содержание вовлеченного воздуха V = 2,1-3,1%;,  минимальную шероховатость, менее 3%, жизнеспособность в течение 120 минут, а бетон на основе этой смеси - Повышенную адгезию - 2,8 МПа, модуль упругости 42,2 М 10-3 МПа, усадку до 0,16 мм на 126 сутки и прочность на сжатие бетона до 120 МПа.

ВЫВОДЫ

1. Эффективность суперпластификаторов зависит от совместимости с цементом. Так, для использованных алюминатных и железосодержащих соединений действие суперпластификаторов акрилатной и поликарбоксилатного природы зависит от их совместимости. Показано, что применения поликарбоксилатного суперпластификатора наиболее эффективно для активизатора твердения как за счет значительного стерического эффекта, (это приводит к диспергирования исходных сульфатов железа), так и за счет образования мелкокристаллический плотной структуры смешанных
гидросульфоалюмоферитив кальция, образующихся при твердении цемента ГОР-2, на противовес образованию мелкопористой структуры с алюминатных соединений.
2. Разработаны составы высокопрочного бетона, включающий цемент ГИР-2 и комплексную добавку (поликарбоксилатный суперпластификатор SVC 5-600 + зола).

Такая бетонная смесь имеет:

  • содержание вовлеченного воздуха V = 2,1-3,1%
  • в течение 120 минут, а бетон на основе этой смеси - повышенную адгезию - 2,8 МПа, модуль
  • упругости 42,2 М 10-3 МПа, усадку до 0,16 мм на 126 сутки и прочность на сжатие до 120МПа

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *