CC BY
19
УДК 666.9-4
Ахметжанов А. М., Потапова Е. Н.
ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦЕМЕНТА
Ахметжанов Азат Мухаррямович, студент 4 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных и высокотемпературных материалов, email: cement@rctu.ru. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Увеличение долговечности изделий и конструкций на основе цемента является одной из приоритетных областей научных исследований. Использование пластифицирующих добавок позволяет повысить долговечность бетонных конструкций. В работе проведены исследования свойств составов на основе цемента с добавлением пластифицирующих добавок и образцах, изготовленных на их основе. Были подобраны оптимальные концентрации добавок.
Ключевые слова: цемент, долговечность, пластифицирующие добавки.
INFLUENCE OF PLASTICIZING ADDITIVES ON DURABILITY OF PRODUCTS BASED ON CEMENT
Akhmetzhanov A.M., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Increasing the durability ofproducts and structures based on cement is one of the priority areas of scientific research. The use of plasticizing additives makes it possible to increase the durability of concrete structures. In the work, the properties of compositions based on cement with the addition of plasticizing additives and samples made on their basis were studied. Optimal concentrations of additives were chosen.
Keywords: cement, durability, plasticizing additives.
Во многом, долговечность возводимых сооружений зависит от пропорций и качества основных компонентов смеси, а также от используемых добавок, улучшающих свойства бетона. На практике преждевременное разрушение бетонных конструкций считается довольно частым явлением. Физико-механические свойства и структура капиллярно-пористых материалов постепенно изменяются и, что в конечном итоге, приводит к неминуемому разрушению конструкций, в частности под влиянием циклического действия окружающей среды [1].
На сегодняшний день получение механически прочных и долговечных материалов является одним из наиболее приоритетных направлений научных исследований в частности при строительстве в климатических условиях, для которых характерны пониженные температуры и высокая влажность. Одним из критериев долговечности является высокая морозостойкость, то есть способность цементного камня противостоять попеременному замораживанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии. Для обеспечения повышенной морозостойкости строительным материалам, активно используют различные функциональные добавки [2].
Для получения долговечных бетонных конструкций необходимо максимально снизить количество воды для затворения цемента, не нарушая при этом нормального протекания процесса гидратации. На практике, для этого чаще всего
используют добавки - суперпластификаторы способные значительно снижать водопотребность цементного теста, обеспечивая при этом улучшение строительных и физико-механических свойств.
Поэтому целью данной работы являлась разработка составов цемента, содержащих оптимальное количество пластифицирующих добавок, проведение испытаний образцов, приготовленных на основе данных составов, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками.
В работе использовались следующие пластифицирующие добавки производства химического предприятия BASF:
> Rheobuild 1000 (СП-1) - на основе нафталинсульфоната;
> Glenium 116 (СП-2) - на основе поликарбоксилатного эфира
> Glenium ACE 430 (СП-3) - на основе поликарбоксилатного эфира;
> Pozzolith MR 55 (СП-4) - добавка на основе лигносульфоната.
Концентрации суперпластификаторов были
выбраны из ранее проведенных исследований
[3].
На начальном этапе работы была определена нормальная густота составов на основе цемента с добавлением суперпластификаторов в концентрации от 0 до 3,0 % по массе сухого цемента составов (табл. 1).
Таблица 1. Нормальная густота составов
Добавка Содержание добавки, %
0 0,1 0,3 0,7 1,0 1,6 2,0 2,5 3,0
СП-1 32,0 32,0 31,0 30,0 30,0 28,0 25,0 24,5 24,5
СП-2 32,0 31,5 30,0 30,0 29,5 29,0 28,0 27,0
СП-3 31,5 31,0 28,0 27,0 26,5 26,0 25,0 25,0
СП-4 31,5 30,0 28,0 28,0 28,0 28,0 28,0 28,0
По данным эксперимента наиболее выраженным водоредуцирующим действием обладают добавки СП-1 и СП-3. При добавлении СП-1 в малых концентрациях (до 1,0 %) нормальная густота цементного теста снижается с 32 до 30 %. При дальнейшем увеличении содержания добавки до 3,0 % - водопотребность снижается до 24,5 %. Введение СП-2 до 1,0 % позволяет снизить количество необходимой для затворения воды с 32 до 30 %. Увеличение концентрации добавки до 3,0 % снижает нормальную густоту до 27 %. Добавка СП-3 в области концентраций добавки до 1,0 % позволяет уменьшить водопотребность до с 32 до 27 %, а при дальнейшем повышении её концентрации до 25,0 %. Действие добавки СП-4 происходит несколько иначе, введение добавки до 0,7 % позволяет снизить нормальную густоту с 32 до 28 %. Дальнейшее увеличение концентрации не оказывает влияния на водопотребность теста.
Также были определены сроки схватывания составов. Введение добавки СП-1 в концентрации до 1,6 % незначительно влияет на сроки схватывания цементного теста. Дальнейшее увеличение концентрации до 3,0 % вызывает значительное замедление сроков, как начала, так и конца схватывания. Добавка СП-2 на всем интервале концентраций способствует замедлению начала и ускорению конца схватывания. СП-3 вызывает значительное замедление начала схватывания с концентрации 0,1 % и практически не влияет на его конец. Введение СП-4 в небольших концентрациях (до 0,3 %) способствует замедлению начала схватывания, при большей концентрации начало и конец схватывания значительно ускоряются.
Строительно-технические характеристики
должны повлиять на прочность образцов при сжатии (рис. 1).
СП-1
Время I верденни. суг
СП-2
И0,0
Я',и
й
? 60,0
-к-03% -0,7 К | 50,0
-1—1,6% £.40,0
-*-ВД ЗОЛ 30,0
7 14
В|}е.ЧИ I Ыу.Л НИН. суг
-од к -0,3 к -0,7«
-ад
СП-3
СП-4
Рис. 1. Влияние пластификаторов на свойства цементного камня
Введение суперпластификатора СП-1 позволяет получить образцы с более высокой прочностью на 28 сутки, по сравнению с бездобавочным составом (прочность увеличивается с 59 до 71 Мпа), при этом концентрация добавки влияет только на начальный период твердения. Добавка СП-2 улучшает физико-механические свойства цемента, начиная с 14 суток твердения образцов, и позволяет получить прочность в возрасте 28 суток - 76,3 Мпа (для 0,7 % содержания добавки), по сравнению с 59 Мпа для бездобавочного состава. СП-3 повышает прочностные показатели образцов уже с ранних сроков. На 28 сутки прочность повышается с 59 Мпа (для бездобавочного состава) до 75,3 Мпа (для концентрации добавки - 0,7 %). Введение СП-4 в концентрациях 0,3 и 0,7 % позволяет улучшить прочностные показатели на ранних этапах твердения. На 28 сутки концентрация добавки незначительно влияет на прочность образцов при сжатии и составляет 73,3 Мпа для 0,3 % концентрации суперпластификатора.
Следующей стадией эксперимента было определение морозостойкости образцов по второму ускоренному методу в условиях предварительного насыщения в 5-% водном растворе №С1 в соответствии с ГОСТ 10060.0-95 [4]. Испытанию подвергались образцы, твердевшие в течение 28 суток в воздушно-влажных условиях.
Величина увеличения морозостойкости цементных образцов, при использовании пластифицирующих добавок с различным их содержанием, оценивалась по значению коэффициента морозостойкости (К8). Величина К представляет собой отношение прочности контрольных образцов (прошедших 20 циклов замораживания и оттаивания, что соответствует марке морозостойкости Б150) к прочности основных образцов, не подвергающихся воздействию переменных температур и находившихся в воздушно-влажных условиях (рис. 2).
Диаграмма наглядно демонстрирует
превосходство составов, модифицированных пластифицирующими добавками. После 20 циклов попеременного замораживания-оттаивания, Ks цемента без применения суперпластификаторов составляет 0,84. Введение добавки СП-1 характеризуется наименьшим приростом
коэффициента морозостойкости (наибольшее значение Ks для данной добавки составляет 0,94 -для концентрации 0,5%). Наиболее значительному повышению Ks способствуют добавки СП-2 (при концентрации 0,3%) и СП-3 (с концентрацией 1,6 %) с коэффициентом морозостойкости 0,98 для каждой. Добавка СП-4 также способна обеспечить высокий коэффициент морозостойкости при концентрации 0,7 % (Ks составляет 0,97).
Таким образом, проведенные исследования показали, что благодаря использованию суперпластификатора можно получить составы на основе цемента, обладающие высокой долговечностью и повешенной прочностью.
По полученным данным, оптимальными добавками можно назвать суперпластификаторы на основе поликарбоксилатного эфира с концентрациями 0,3% (для суперпластификатора СП-2) и 1,6% (для добавки СП-3).
Список литературы
1. Братошевская В. В., Мирсоянов В. Н., Мирсоянов Р. В. Исследование напряженного состояния в цементном камне и бетоне при отрицательных температурах/ В. В. Братошевская, В. Н. Мирсоянов, Р. В. Мирсоянов // Потенциал современной науки. - 2016. - № 5. - С. 5-7.
2. Штарк Й., Вихт Б. Долговечность бетона/ Й. Штарк, Б. Вихт/Пер. с нем. - А. Тулаганова. Под ред. П. Кривенко. - Киев: Оранта, 2004. - 301 с.
3. Корчунов И.В., Ахметжанов А.М., Потапова Е.Н. Морозостойкость цементного камня в присутствии добавок // Инвестиции строительство, недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики: материалы VII Международной научно-практической конференции. (Томск,14-16 марта 2017 г.). — Томск, - 2017. — С.359-362.
4. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов. - 1997. - 13 с.
Рис. 2. Морозостойкость цементного камня после 20 циклов попеременного замораживания и оттаивания
