Цель настоящего исследования – изучение особенностей гидратации цемента при воздействии органо-минеральных добавок и их влияние на структуру и свойства получаемого камня. Для исследования использовали следующие материалы:
Цемент ПЦ-500 Д0 ЗАО «Углегорск-цемент» по ГОСТ 10178-85;
Пластификаторы Триопласт ЛС, Триопласт НСЛ;
Пластификатор типа HCЛ, изготовлены по ТУ 5745-001-18372707-2015 вводятся впервые, представляют собой жидкость коричневого цвета.
- водный раствор модифицированных лингосульфонатов (серия«Триопласт ЛС»);
- водный раствор комплекса олигомеров на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и модифицированных лингосульфонатов (серия «Триопласт НСЛ»).
Состав смеси раствора, в который введена испытываемая добавка, в соответствии с требованиями ГОСТ 30459-2008.
Портландцемент даже при полной гидратации при обычной температуре химически связывает до 5—27 % по массе. Обычно и при длительном твердении в течение десятков лет степень гидратации обычных цементов не превышает 80—90 %, поэтому 30—50 % воды, вводимой в цементное тесто, лишь частично химически взаимодействует с цементом и входит в твердую фазу. Количество химически связанной воды, не удаляемой при высушивании материала при 105 °С, достигает 10—15 % массы цемента через месяц твердения при 15—20 °С. При этом чем больше исходное ВЦ и чем выше дисперсность цемента, тем больше количество связанной воды.
Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой возникает в виде гелевидных масс, состоящих преимущественно из субмикроскопических кристаллитных частичек гидросиликатов кальция. В общей гелевидной массе размещаются также непрореагировавшие остатки цементных зерен и относительно крупные кристаллы гидроксида кальция и некоторых других новообразований, видимые в оптический микроскоп.
Основными активными компонентами смесей являются поверхностно-активные вещества. Это вещества, которые концентрируются на поверхности раздела двух соприкасающихся фаз и изменяют силовое поле, создаваемое в результате физико-химических процессов на поверхности раздела. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на цементных зернах, давая им отрицательный заряд, который способствует отталкиванию зерен друг от друга и стабилизирует их дисперсное состояние. Кроме того, указанный заряд вызывает образование вокруг каждого цементного зерна слоя из полярных ориентированных молекул воды, препятствующего сближению отдельных зерен. Цементные зерна становятся более подвижными, и вода, освобожденная от удерживающего влияния коагуляционной системы, получает возможность выполнять роль смазки, что приводит к повышению удобоукладываемости. Сохранение высокодисперсного состояния цемента способствует увеличению площади поверхности зерен, и, следовательно, процесс гидратации цемента протекает с повышенной скоростью в раннем возрасте. Именно поэтому прочность бетона при одном и том же водоцементном отношении с добавкой выше, чем при отсутствии добавки. На некоторые цементы добавки оказывают небольшое влияние, однако в целом добавки являются эффективными для всех типов портландцемента.
В результате применения пластифицирующих добавок количество воды затворения может быть снижено на 5—15%.Фактическое снижение водопотребности зависит от расхода цемента, типа использованного заполнителя, наличия активных минеральных добавок. Поэтому для определения типа и количества добавки, которая обеспечит получение оптимальных свойств бетона, необходимо сделать пробные замесы на тех же материалах, которые будут применены на практике.
При исследовании влияния добавок на свойства цементных композиций был реализован факторный план эксперимента, в котором в качестве значимого фактора принята х- дозировка добавки, варьируемая от 0 до 1%, в расчёте на массу цемента. В качестве откликов для цементного теста приняты НГ и сроки схватывания; для цементного камня – прочность при сжатии.
Вводили добавки в концентрации от 0 до 1%.Данные испытаний цемента с добавкой ЛС за период 28 суток представлены в табл. 2 .
Таблица 1
Главные характеристики используемых пластификаторов
|
№п/п |
Показатель |
Триопласт ЛС |
Триопласт НСЛ |
|
1 |
Внешний вид |
Жидкость коричневого цвета в соответствии с образцом |
Жидкость коричневого цвета в соответствии с образцом |
|
2 |
Массовая доля воды, %, не более |
72,9 |
72,9 |
|
3 |
Плотность при температуре 20±0,5°С, г/см3 |
1,115-1,165 |
1,115-1,165 |
|
4 |
Показатель активности водородных ионов(pH) |
6,0-10,0 |
6,0-10,0 |
|
5 |
Содержание Cl-, %, не более |
0,1 |
0,1 |
Таблица 2
Прочностные характеристики ПЦ 500 – Д0 за 28 сут. с добавкой ЛС
|
№ п\п |
Кол-во добавки, % |
Предел прочности, кгс/см2 |
Предел прочности, МП |
|
1.1 |
|
1034,3 |
105,54 |
|
1.2 |
979,68 |
99,96 |
|
|
1.3 |
765,78 |
78,1 |
|
|
1.4 |
888,76 |
90,68 |
|
|
2.1 |
0,5 |
780,04 |
79,59 |
|
2.2 |
777,44 |
79,3 |
|
|
2.3 |
731,52 |
74,6 |
|
|
2.4 |
787,11 |
80,3 |
|
|
3.1 |
0,1 |
793,86 |
81,0 |
|
3.2 |
554,38 |
56,5 |
|
|
3.3 |
616,82 |
62,9 |
|
|
3.4 |
512,06 |
52,2 |
Средний предел прочности за период 28 суток:
1) Rизг=374,28/4=93,5 МПа
2) Rизг=313,79/4= 78,4МПа
3) Rизг=252,6/4= 63,15МПа
Данные испытаний цемента с добавкой НСЛ за период 28 суток представлены в табл. 3 .
Средний предел прочности за период 28 суток:
1) Rизг=234,8/4=58,7МПа
2) Rизг=282,7/4= 70,6МПа
3) Rизг=314,2/5=62,8 МПа
Вводили добавку ЛС в концентрации от 0 до 1%.Данные эксперимента предоставлены на рис. 1.
Таблица 3
Прочностные характеристики ПЦ 500 – Д0 за 28 сут. с добавкой НСЛ
|
№ п\п |
Кол-во добавки, % |
Предел прочности, кгс/см2, |
Показания манометра |
Предел прочности, МПа |
|
1.2 |
1 |
596 |
156 |
60,8 |
|
1.4 |
481 |
131 |
49 |
|
|
1.5 |
805,5 |
207 |
82 |
|
|
1.6 |
422 |
108 |
43 |
|
|
2.1 |
0,5 |
700 |
168 |
71 |
|
2.3 |
||||
|
2.4 |
752,5 |
187 |
76,7 |
|
|
2.5 |
758 |
182 |
77 |
|
|
2.6 |
569 |
138 |
58 |
|
|
3.1 |
0,1 |
633 |
159 |
64,6 |
|
3.3 |
584 |
143 |
59,6 |
|
|
3.4 |
760 |
189 |
77,5 |
|
|
3.5 |
505 |
120 |
51,5 |
|
|
3.6 |
598 |
145 |
61 |
По данным видно, что предел прочности в 28 сут. наиболее высокий у цемента с добавкой, вводимой в количестве 1 %, он составил 93,5 МПа, а Rсж бездобавочного цемента равен
49,3 МПа. Эти результаты доказывают, что введение добавки в количестве 1%, на 44МПа повышают стойкость цементного камня.
Рис. 1.Влияние концентрации добавки на активность, МПа
Также произвели сравнение добавок ЛС и НСЛ при 7 суточном пределе прочности. Данные предоставлены на рис. 2. По данным изменения прочности цемента в первые 7 сут. можно сделать вывод, что применение добавки ЛС эффективно только при вводе 1%,а добавка НСЛ применима при вводе её в количестве 0,5%.
Оценка эффективности действия пластификаторов осуществлялась по водорецирующему эффекту, рассчитанному по формуле:
Вэф= (В/Ц)н/(В/Ц)п, где (В/Ц)н и (В/Ц)п – водоцементное отношение непластифицированной и пластифицированной суспензии соответственно. Данные предоставлены в табл. 4.Водоцементное отношение цемента с применением добавок ЛС и НСЛ оказалось идентичным.
Рис. 2. Изменение прочности цемента при 7 сут.
Таблица 4
Результаты сравнительных испытаний
|
Наименование |
В\Ц |
Вэф |
|
Цемент без добавок |
0,26 |
|
|
Цем. С добавкой 1% |
0,23 |
1,13 |
|
Цем. С добавкой 0,5 % |
0,24 |
1,08 |
|
Цем. С добавкой 0,1% |
0,25 |
1,04 |
Как видно из представленных данных, добавка, вводимая в количестве 1% массы цемента, показала высокий водоредуцирующий эффект, равный 1,13. При уменьшении количества добавки до 0,1% Вэф понизился до 1,04. Применение пластификатора, взятого в количестве 1% позволило получить высокий Вэф. Введение добавок в количестве 0,1%, эффективно снижает Вэф, что свидетельствует о невозможности их использования при малых образцах.