CC BY
39
УДК 666.9.035
Сапронов А.О., Потапова Е.Н
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОТИВОМОРОЗНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА
Сапронов Антон Олегович, студент 4 курса кафедры химической технологии вяжущих веществ и композиционных материалов, e-mail: sapronovantonio@gmail.com
Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор кафедры химической технологии вяжущих веществ и композиционных материалов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В настоящее время остро стоит проблема зимнего строительства и бетонирования при отрицательных температурах. Для обеспечения процесса гидратации вводятся специальные противоморозные добавки, которые также могут обладать пластифицирующими и ускоряющими твердение свойствами.
Ключевые слова: портландцемент, противоморозные добавки, твердение цемента.
STUDY THE INFLUENCE OF ANTIFREEZE ADMIXTURES TO PROPERTIES OF CEMENT
Sapronov A.O., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
There is actual problem in the winter constructing and concreting in the negative temperature conditions. The special antifreeze additives are using for the process of hydration. They also can have plasticizing and accelerating hardening properties.
Keywords: portland cement, antifreeze additives, cement hardening
Россия является страной с
неблагоприятными и сложными условиями для строительства. Зима, длящаяся даже в европейской части страны несколько месяцев, вносит существенные коррективы в строительные процессы.
С понижением температуры (отрицательной) процентное содержание льда в твердеющем цементном камне увеличивается, а жидкости -уменьшается. В этот момент в бетоне происходят структурные изменения, прежде всего, за счет увеличения объема воды, переходящей в лед. Замерзая в бетоне, вода увеличивается в объеме и создает внутрипоровое давление.
Гидратация цемента и твердение бетона на морозе находятся в прямой зависимости от содержания в них жидкой фазы. Замораживание жидкой прерывает процесс гидратации цемента, а также нарушает физическую структуру цементного камня, особенно сцепление его с заполнителем. [1]
Чем раньше происходит замерзание бетона, тем больше потери прочности, увеличение водопроницаемости и уменьшение морозостойкости Противоморозные добавки занимают важное место среди других добавок в бетон. Они нашли широкое применение при возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, монолитных частей сборно-монолитных
конструкций, включая бетонирование в скользящей опалубке, для замоноличивания стыков сборных
конструкций и при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительных площадок и полигонов при установившейся температуре наружного воздуха или грунта ниже +5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 вплоть до -30 °С (температура бетона, при которой он с некоторыми противоморозными добавками, хотя и медленно, но систематически набирает прочность за счет гидратации цемента, составляет -25 °С).
Введение противоморозных добавок -технологически наиболее простой, удобный и экономически выгодный способ зимнего бетонирования. Этот способ в 1,2-1,4 раза экономичнее, чем способ паро-прогрева и бетонирования с предшествующим ограждением сооружения и его утеплением изнутри ив 1,3-1,5 раза
экономичнее электропрогрева и электрообогрева.
Зимнее бетонирование с противоморозными добавками не исключает применения и других добавок: газообразующих и воздухововлекающих, призванных повысить морозостойкость бетона, добавок, снижающих водопотребность, и суперпластификаторов. Современные
противоморозные добавки часто являются комплексом, сочетающим в себе различные виды добавок. Так же возможно сочетание использования добавок с различными видами прогрева бетона, подогревом воды [2]
Эксперементальная часть. Для работы был взят портландцемент ЦЕМ I 52,5Н и жидкие противоморозные добавки Sika Antifreeze FS-1 и Sika Antifreeze N9 в диапазоне концентраций рекомендованном производителем.
Бездобавочный портландцемент (состав 1) имеет нормальную густоту 36% (табл. 1). Ввод противоморозной добавки Sikа Antifreeze FS-1 содержанием до 1% (составы 2 и 3) не влияет на нормальную густоту. Ввод 2,5% добавки (состав 6) снижает нормальную густоту до 33%.
Таблица 1. Зависимость нормальной густоты и сроков схватывания от содержания добавок
Противоморозная добавка Sikа Antifreeze N9 значительно снижает нормальную густоту. Уже при вводе 0,5% (состав 7) добавки нормальная густота уменьшается до 34%, а при содержании добавки свыше 3% (составы 13 и 14) нормальная густота падает до 26%.
Бездобавочный портландцемент (состав 1) начинает схватываться через 20 мин после затворения. Конец схватывания наступает через 150 минут.
Введение в цемент противоморозной добавки Sika Antifreeze FS-1, содержанием до 2% ускоряет схватывание на несколько минут (составы 2-5). Введение 2,5% (состав 6) добавки приводит к значительному уменьшению времени начала схватывания - до 4 минут.
Увеличение содержания добавки так же ведет к уменьшению времени конца схватывания. Для содержания состава 7, содержащего 0,5% добавки
оно составляет 95 минут, а для состава 6, содержащего 2.5% добавки - 50 минут.
Противоморозная добавка Sika Antifreeze N9 действует, как ускоритель схватывания. Для содержания добавки до 2 % (составы 7-10) приводит к снижению сроков схватывания до 4 минут. Дальнейшее увеличение содержания добавки до 4% приводит к росту времени начала схватывания до 15 мин (состав 14).
Динамика изменения конца схватывания в зависимости от содержания введенной добавки совпадает с динамикой изменения начала схватывания. Так для составов 7-8 конец схватывания происходит через 80 минут, наименьшее время схватывание (35 минут) имеет состав 10, содержащий 2% добавки. Увеличение содержания добавки до 4 % (состав 14) приводит увеличению времени конца схватывания до 105 мин. Для сохранения технологических свойств при ранних сроках начала схватывания следует использовать дополнительно добавки-замедлители.
Для твердения при отрицательных температурах важно ускорение процессов гидратации цемента, которое характеризуется быстрым набором прочности. В качестве основной качественной характеристики эффективности добавки были выбраны показатели прочности на 1 сут, когда набор прочности особо важен и регламентированная прочность на 28 сут.
При введении добавки Sika Antifreeze FS-1 наибольшую прочность при сжатии на 1 сут имеют составы 3 и 4, содержащие 1% и 1,5% добавки соответственно, имеющие прочность при сжатии 5455 МПа, в то время как бездобавочный цемент (состав 1) имеет прочность при сжатии порядка 30 МПа.
По прочности составов на 28 сут все составы, содержание добавку, уступают бездобавочному (состав 1), имеющему прочность на сжатие на 28 сут 90,2 МПа. Наибольшую прочность на 28 сут имеют составы 2-5, имеющие прочность 79,8-83,2 МПа
При введении добавки Sikа Antifreeze N9 наибольшую прочность при сжатии на 1 сут имеют составы 11 и 12 (61,9 МПа и 57,2 МПа), содержащие 2,5-3% добавки. Состав 7, содержащий 0,5% добавки на 1 сут превосходит бездобавочный состав 6, но уступает в прочности составам с большим содержанием. При увеличении содержания добавки до 2,5% ранняя прочность нарастает, однако дальнейшее увеличение содержания добавки ведет к последовательному снижению прочности. Тем не менее все составы на 1 сут твердения значительно опережают прочности бездобавочный состав.
Наивысшую прочность при сжатии на 28 сут, равную 106,5 МПа показывает состав 13. Высокую прочность, превышающую прочность
бездобавочного цемента, так же показывают составы 11, 12, 14. Прочностные характеристики остальных составов, содержащих добавку, уступают результатам испытаний бездобавочного состава, но не значительно, так как образцы имеют прочность 80
Состав Добавка Содержание % Нормальная густота % Сроки схватывания
начало мин конец мин
1 - - 36 20 150
2 Sika Antifreeze FS-1 0,5 36 18 95
3 1 36 16 90
4 1,5 35 14 70
5 2 34 10 55
6 2,5 33 4 50
7 Sika Antifreeze N9 0,5 34 7 80
8 1 32 7 80
9 1,5 30 6 40
10 2 29 4 35
11 2,5 27 7 60
12 3 27 8 75
13 3,5 26 15 100
14 4 26 25 120
МПа и выше. Зависимости, установленные при испытаниях при сжатии. совпадают с результатами испытаний при изгибе. (рис1, рис2)
Рисунок 1. Влияние добавок на прочность цемента (1 сут)
Ш
iJJJmil
1 2 3 4 5 6 7
9 10 11 12 13 14
■ прочностьпри изгибе □ прочность при сжатии
Рисунок 2. Влияние добавок на прочность цемента (28 сут)
Выводы. Использование противоморозных добавок уменьшает сроки схватывания цемента и значительно ускоряет набор прочности цемента в ранние этапы твердения. Противоморозная добавка Sika Antifreeze FS-1 оказывает невысокий пластифицирующий эффект. Оптимальное содержание добавки, обеспечивающее максимально высокую раннюю прочность, лежит в диапазоне 11,5%. Применение добавки может снижать прочность на 28 сут по сравнению с бездобавочным цементом, при твердении составов при положительных температурах.
Добавка Sika Antifreeze N9 обладает высокими пластифицирующими свойствами, снижает водоцементное отношение, что предположительно ведет к увеличению морозостойкости, коррозионной стойкости и способствует крайне быстрому набору прочности. Оптимальное содержание добавки лежит в диапазоне 2,5-3,5%. Составы с таким содержанием гарантированно опережают по всем прочностным показателям бездобавочный состав.
Список литературы
1. В. С Рамачандран, Р. Ф Фельдман, М. Коллерпарди и др. Добавки в бетон: справочное пособие [Под ред. В.С Раманчандрана] // М.: Стройиздат, 1988. - С. 382 - 433.
2. Гныря, А.И. Технология бетонных работ в зимних условиях [Текст] : учеб. пособие / А.И. Гныря, С.В. Коробков. - Томск: Изд-во Том. гос. ар- хит.-строит. ун-та, 2011, - С. 124 - 153.
3. Бутт Ю.М., Тимашев В.В/ Портландцемент Стройиздат, 1974, - С. 233 - 276
