В XXI веке одним из главных направлений развития промышленности строительных материалов является производство бетонных и растворных смесей с добавлением минеральных мелкозернистых наполнителей. В качестве минеральных добавок (МД) используются порошки различной минеральной природы, получаемые из природного (мелкозернистый кварцевый песок) или техногенного сырья (золы, молотые шлаки и горные породы, микрокремнезем и др.). Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелкими размерами зёрен (менее 0,16 мм, а чаще еще меньше), а от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде. Располагаясь вместе с цементом в пустотах наполнителя, они уплотняют структуру бетона, в ряде случаев позволяют уменьшить расход цемента [1,2]. Мелкозернистые МД обладают высокой поверхностной активностью, их добавление ведет к упрочнению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем в бетонах и растворных смесях [3].
Применение комплексных добавок на основе суперпластификаторов позволяет достичь особо важных для строительства свойств бетонов и растворных смесей: высокой прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, снижения расхода цемента при сохранении прочностных характеристик, самоуплотняемости, высоких показателей подвижности и пластичности [4,5]. В настоящее время наиболее предпочтительно использовать в качестве пластифицирующего компонента добавки на основе эфиров поликарбоксилатного эфира (РСЕ) [3], так как их отличает высокая пластифицирующая способность, при этом они дополнительно увеличивают сохраняемость бетонных смесей, что немаловажно при монолитном строительстве. Эффективность воздействия PCE от традиционных суперпластификаторов сульфированного меламина и нафталина (SMFC и SNFC), действие которых основано на электростатическом отталкивании частиц цемента, объясняется использованием объемной цепи полимеров для создания стерического эффекта [1,2]. В зависимости от типа цемента, новые технологии позволяют получать поликарбоксилаты с различной полимерной структурой, что значительно расширяет их диапазон эффективного использования.
Среди основных недостатков РСЕ суперпластификаторов следует отметить вовлечение воздуха, а также увеличение времени пластифицирующего эффекта, который может негативно влиять на раннюю прочность растворных смесей. Поэтому для интенсификации набора ранней прочности предлагаются специальные химические добавки – ускорители твердения (УТ), представляющие собой суспензию частиц наноуровня, выступающих в роли дополнительных центров кристаллизации гидросиликатов в цементном тесте. УТ инициирует начало роста кристаллов не только на поверхности растворяющихся цементных зерен, но между ними (в пересыщенном растворе). Это значительно ускоряет рост новообразований в объеме цементной системы, что позволяет повысить раннюю прочность растворных смесей и бетона в 1,5–2 раза. Данная характеристика особенно важна для твердения в условиях экстремально низких температур, где важно ускорить процесс монолитного строительства [6,7].
Химические модификаторы (суперпластификаторы и ускорители твердения) для бетона в России представлены как отечественными (Полипласт, Суперпласт), так и иностранными производителями (Sika, BASFConstractionPolymers, Frem).
Целью исследования является изучение влияния комплексного применения PСE суперпластификаторов и ускорителей твердения и добавления мелкозернистого минерального наполнителя на раннюю прочность растворной смеси.
Материалы и методы исследования
Исследовано влияние содержания добавок PCE суперпластификатора Glenium® ACE 430 и ускорителя твердения X – SEED® 100 компании BASF на раннюю прочность растворной смеси. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ 42,5Н производства ОАО «Ульяновский цемент». В качестве заполнителя применялись песок кварцевый с модулем крупности Мк=1,9 и мелкодисперсный песок с удельной поверхностью Sуд=1000 см2/г, содержание которого изменялось от 0 до 12 % от общей массы твердых наполнителей смеси. Химические добавки вводились в бетон одновременно с последней третью воды затворения. Содержание PСE суперпластификаторов в бетоне варьировалось от 0,27 до 0,4 % от общей массы твердых составляющих смеси. Содержание ускорителя твердения X – SEED®100 составляло 0,5 % от массы цемента.
Результаты исследования и их обсуждение
В таблице 1 представлены составы растворных смесей подвижностью Пк4, определенных по погружению конуса в смесь по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные». Из них формовались образцы-кубы размерами 2х2х2 см и испытывались на сжатие в возрасте 1, 2 и 3 суток. Анализ результатов показывает, что присутствие комплексного модификатора в бетоне позволяет снизить водопотребность смеси на 7,2–23,1 % (см. составы № 1,2,3; 4,5,6 и т.д.) при условии сохранения равноподвижности.
Таблица 1
|
№п/п |
Содержание компонентов смеси, масс. % |
В/Тв |
GleniumACE 430, в % от массы смеси |
X-CEED100, в % от массы цемента |
||
|
Цемент |
Песок Мк=1,9 |
Песок Sуд=1000 см2/г |
||||
|
1 |
50 |
38 |
12 |
0,128 |
0,4% |
0,5% |
|
2 |
50 |
38 |
12 |
0,131 |
0,34% |
0,5% |
|
3 |
50 |
38 |
12 |
0,138 |
0,27% |
0,5% |
|
4 |
50 |
44 |
6 |
0,112 |
0,4% |
0,5% |
|
5 |
50 |
44 |
6 |
0,119 |
0,34% |
0,5% |
|
6 |
50 |
44 |
6 |
0,126 |
0,27% |
0,5% |
|
7 |
50 |
50 |
0 |
0,110 |
0,4% |
0,5% |
|
8 |
50 |
50 |
0 |
0,113 |
0,34% |
0,5% |
|
9 |
50 |
50 |
0 |
0,123 |
0,27% |
0,5% |
|
10 |
43 |
43 |
14 |
0,126 |
0,4% |
0,5% |
|
11 |
43 |
43 |
14 |
0,133 |
0,34% |
0,5% |
|
12 |
43 |
43 |
14 |
0,145 |
0,27% |
0,5% |
|
13 |
43 |
50 |
7 |
0,114 |
0,4% |
0,5% |
|
14 |
43 |
50 |
7 |
0,124 |
0,34% |
0,5% |
|
15 |
43 |
50 |
7 |
0,128 |
0,27% |
0,5% |
|
16 |
43 |
57 |
0 |
0,100 |
0,4% |
0,5% |
|
17 |
43 |
57 |
0 |
0,110 |
0,34% |
0,5% |
|
18 |
43 |
57 |
0 |
0,122 |
0,27% |
0,5% |
|
19 |
33 |
50 |
17 |
0,094 |
0,4% |
0,5% |
|
20 |
33 |
50 |
17 |
0,104 |
0,34% |
0,5% |
|
21 |
33 |
50 |
17 |
0,114 |
0,27% |
0,5% |
|
22 |
33 |
58 |
9 |
0,090 |
0,4% |
0,5% |
|
23 |
33 |
58 |
9 |
0,104 |
0,34% |
0,5% |
|
24 |
33 |
58 |
9 |
0,117 |
0,27% |
0,5% |
|
25 |
33 |
67 |
0 |
0,079 |
0,4% |
0,5% |
|
26 |
33 |
67 |
0 |
0,083 |
0,34% |
0,5% |
|
27 |
33 |
67 |
0 |
0,101 |
0,27% |
0,5% |
На рисунке 1 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при равном содержании цемента (50 %).
Рис.1. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium® ACE 430 в % от массы смеси
Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,34–0,4 % от массы твердых составляющих и количества мелкодисперсного песка 6–12 % от массы цемента позволяет получить растворы с прочностью 55,7 и 69,6 МПа на 2 и 3 сутки соответственно. При увеличении содержании мелкодисперсного песка при постоянном содержании суперпластификатора РСЕ (0,4 %) наблюдается повышение водопотребности смеси, что приводит к снижению прочности растворной смеси в период от 1 до 3 суток. Наилучшие прочностные характеристики при постоянном содержании мелкодисперсного песка показали составы с 0,34 % Glenium® ACE 430 (точки № 2 № 5 и № 8). Наилучший показатель прочности растворной смеси на 1 сутки показал состав № 8, на 2 и 3 сутки – № 2.
На рисунке 2 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при постоянном содержании цемента (43 %). Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,4 % снижает раннюю прочность бетона. К примеру, при добавлении 14 % мелкодисперсного песка прочность растворной смеси уменьшается в 1-ые сутки на 37 %, на 2-ые на 15,5 %, на 3-и на 13,3 % (точки № 10 и № 12).
Рис.2. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium® ACE 430 в % от массы смеси
Как и при содержании цемента 50 % при увеличении содержания мелкодисперсного песка при постоянной дозировке суперпластификатора PCE наблюдается повышение водопотребности смеси, что негативно сказывается на ранней прочности растворной смеси. Наилучший показатель прочности бетона показал состав № 18 и составил 30,3, 51,4, 64,3 МПа на 1, 2 и 3 сутки соответственно.
Рис. 3. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium®ACE430 в % от массы смеси
На рисунке 3 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при постоянном содержании цемента (33 %). Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,4 % увеличивает раннюю прочность бетона. К примеру, при добавлении 17 % мелкодисперсного песка прочность растворной смеси увеличивается в 1-ые сутки на 14 %, на 2-ые на 20,5 %, на 3-и на 22,6 % (точки № 19 и № 21). При увеличении содержания мелкодисперсного песка при постоянной дозировке Glenium® ACE 430 также наблюдается повышение водопотребности смеси, что является причиной снижения ранней прочности. Наилучший показатель прочности растворной смеси на 1 сутки показал состав № 26, на 2 и 3 сутки – № 22.
Выводы
1. Применение комплексного модификатора, представляющего собой суперпластификатор Glenium® ACE 430 и ускоритель твердения X – SEED®100 в растворной смеси, позволяет снизить водопотребность смеси на 7,2–23,1 % % при условии сохранения равноподвижности.
2. Наблюдается увеличение прочности в 1-ые сутки до 38 %, на 2-ые сутки до 31,9 % и на третьи сутки до 31 % образцов с содержанием PCE0, 34 % и мелкодисперсного песка 14 % в сравнении с образцом с 0,27 % PCE и без мелкодисперсного песка.
3. Целесообразно снижение расхода цемента от 50 до 33 % от массы твердых составляющих, т.к. это не приводит к резкому снижению прочности бетона с комплексным модификатором и с мелкодисперсным песком.
Рецензенты:
Краснов А.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;
Салихов М.Г., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Библиографическая ссылка
Минаков Ю.А., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю., Смирнов А.О. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА ХИМИЧЕСКИХ МОДИФИКАТОРОВ И МЕЛКОДИСПЕРСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА РАННЮЮ ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРНОЙ СМЕСИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=15809 (дата обращения: 19.04.2024).