Комплексный ускоритель твердения цементных бетонов на основе гальванического алюмошлама (стр. 2 )

Рис.1 Кинетика температуры гидратации цемента

1-контрольный, 2-С-3 (1%), 3-Melflux 2651F (0,2%), 4-ГШ (2%), 5- С-3 (1%)+ ГШ (2%), 6- Melflux 2651F (0,2%)%)+ ГШ (2%).

Введение в цемент ГШ-1(рис.1 кр. 4 и 5) смещает пик кинетики температуры гидратации на 5 часов влево по временной оси, и увеличивает его температуру на 5 оС относительно контрольного состава. Введение пластифицирующих добавок замедляет тепловыделение, наибольшее замедление наблюдается при использовании поликарбоксилатной добавки (кр.6). Введение ГШ-1 в состав пластифицированного цементного теста также смещает пик температуры влево, особенно это заметно при совместном использовании шлама с С-3 (кр.5). В этих случаях достигается максимальная температура и пик тепловыделения.

Интенсификация гидратации цемента также была оценена и по изменению контракции цемента по методике Некрасова контракцию имеют составы цементного теста с добавками, так как они осаждаются на частицах цемента и препятствуют его гидратации. Использование в качестве добавки только ГШ увеличивает контракционную усадку цементного камня в 1,7 раза. Введение комплексной добавки позволяет снизить контракцию на 30-40%. Снижение таких деформаций в цементном камне способно в дальнейшем увеличить его прочность. Эти процессы сопровождают процессы структурообразования цемента. Исследования процесса структурообразования цементных паст комплексной добавкой и с отдельными её компонентами проводились с помощью конического пластометра (рис.2).

Время, час

Рис.2 Кинетика набора пластической прочности модифицированного цементного теста

1 - контрольный, 2 - С-3 (1%), 3 – ГШ-1 (2%), 4 - С-3 (1%) + ГШ-1 (2%), 5 - Melflux 2651F (0,2%), 6 - Melflux 2651F (0,2%)%) + ГШ-1 (2%).

Как видно из пластометрических кривых, введение ГШ-1 (кр.3) и комплексного ускорителя твердения на основе ГШ-1 (кр.4) сильно сокращает индукционный период нарастания пластической прочности. Первый период – период коагуляционного структурообразования у цемента с ГШ-1 заканчивается через 3-3,5ч, в то время как у контрольного состава (кр.1) и состава с С-3 (кр.2) этот период заканчивается через 7-8ч. Наиболее интенсивное сокращение коагуляционного периода структурообразования наблюдается при совместном использовании гальванического шлама с суперпластификатором С-3 (кр.4).

Ускорение твердения цементного камня с гальваническим шламом обусловлено образованием эттрингита. Так как содержание сульфата алюминия максимально в ГШ-1, то он и оказывает наибольший вклад в его образование.

По результатам обработки рентгенограмм (рис.3) можно сказать, что введение в цемент гальванического алюмошлама ГШ-1 приводит к увеличению содержания эттрингита в первые сутки твердения на 15 % относительно бездобавочного состава, введение же комплексной добавки (ГШ-1+С-3), далее ГШС, позволяет увеличить количество эттрингита на 60% относительно состава с суперпластификатором С-3, но на 28 сутки твердения в составе с разработанной добавкой его содержание минимально.

Также можно проследить за уменьшением портландита, который вступает на реакцию с сульфатом алюминия.

а)	б)
в)	г)

- эттрингит

- портландит

Рис.3 Рентгенограммы продуктов гидратации портландцементного камня

а) – цементный камень;

б) – цементный камень с суперпластификатором С-3 (1% от Ц);

в) – цементный камень с гальваническим шламом (2% от Ц);

г) – цементный камень с суперпластификатором С-3 и гальваническим шламом ГШ-1 (1:2) – 3%;

В итоге, показана эффективность введения ГШ-1 совместно с суперпластификатором С-3 в цементный камень, обусловленное синергизмом их совместного влияния на структурообразование.

В четвертой главе приводятся результаты исследования комплексного модификатора ГШС на физико-механические свойства цементных бетонов, влияния добавки на сокращение продолжительности тепловлажностной обработки.

Влияние дозировки ГШ-1 на прочность при сжатии и изгибе образцов-балочек 4х4х16 см, изготовленных из мелкозернистого бетона с цементно-песчаным соотношением 1:3, показано на рис. 4, 5.

Содержание С-3-1%	Содержание С-3-1%
Рис.4 Прочность бетона при сжатии на 1 сутки твердения	Рис.5 Прочность бетона при сжатии на 28 сутки твердения

Из рис.4,5 видно, что введение ГШ-1 до 2-3% увеличивает набор прочности мелкозернистого бетона в первые сутки; при большей концентрации прочность снижается. Кривая зависимости прочности бетона от содержания в нем бинарной добавки ГШС эквидистантна первой, но прирост прочности значительно больший. Концентрационные кривые 28-суточной прочности также имеют максимум при 2% содержании ГШ-1.

Таким образом, бинарная добавка ГШС обладает и ускоряющим и упрочняющим действием во все сроки твердения бетона.

Эффективность применения химических добавок в бетонах зависит не только от состава и вида добавок, но и от вида применяемого цемента, точнее, от его минералогического состава. Наибольший прирост прочности от введения разработанного комплексного ускорителя твердения, наблюдается у бетона на Ульяновском цементе – 120% прочности бездобавочного состава (т. е. в 2,2 раза), наименьший на Вольском цементе – 70%. Это связано с содержанием С3А, которое в первом случае равно 8%, а во втором – 4%.

На эффективность комплексных ускорителей твердения влияет и водосодержание бетонных смесей. При применении комплекса ГШС прирост прочности в 1 сутки твердения в интервале подвижности от П1 до П5, практически не изменяется, что позволяет его применять при различных методах формования железобетонных изделий.

Основным физико-механическим свойством тяжелого бетона, используемого как в сборном, так и в монолитном строительстве, является его прочность, поэтому её сравнительная оценка при использовании в составе бетона разработанной добавки необходима. Для сравнения были выбраны наиболее распространенные на рынке РТ комплексные ускорители твердения: Реламикс, Лигнопан Б2. Бетоны были изготовлены из равноподвижных смесей. Результаты в виде гистограмм представлены на рис.6.

Рис.6 Кинетика набора прочности модифицированного бетона.

Если сравнивать эффективность нашей добавки ГШС в равноподвижных смесях, то в возрасте 16 часов и 1 суток твердения она является самой эффективной. Прирост прочности через 16 часов составил 200%, а через 24 часа 130%, что очень важно при производстве железобетонных изделий в заводских условиях. Прочность бетона в 3-х суточном и марочном возрасте сравнима с аналогами, но остается всегда выше.

Так как применение комплексной добавки на основе шлама ГШ-1 и суперпластификатора С-3 ускоряет твердение, особенно в первые часы, исследована возможность сокращения с её помощью продолжительности ТВО.

Таблица 3

Влияние добавок на сокращение режимов тепловой обработки бетонов

Состав	Режимы, (час, 0С)
3–3-6(800С)-3	3–3-6(400С)-3	3–3-0(800С)-3	1,5–3-6(800С)-3
Сжатие, МПа	Изгиб, МПа	Сжатие, МПа	Изгиб, МПа	Сжатие, МПа	Изгиб, МПа	Сжатие, МПа	Изгиб, МПа
Без добавки	58,9	7,29	41,7	6,33	40,4	6,37	30,3	4,21
С-3	71,8	7,54	51,1	6,87	40,3	5,95	21,4	3,15
ГШС	67,9	7,42	59,1	7,47	59,5	7,39	61,8	7,42
Гексалит	67,5	7,39	59,5	7,39	54,1	7,05	52,1	5,36

При пропаривании бетона по режиму «3–3-6(800С)-3» (3 часа – предварительная выдержка, 3 часа – подъем температуры до 800С, 6 – часов изотермический прогрев при 800С, 3 часа – спуск температуры до 200С) образцы бездобавочного состава показали прочность 58,9 МПа, что составило 72 % от марочной прочности бетона; не меньшую прочность показывают образцы с разработанной добавкой, но при сокращении как температуры изотермической выдержки, так и при режиме без изотермической выдержки.

Исключение изотермической выдержки позволит осуществить 2 цикла оборачиваемости технологической оснастки в сутки при производстве бетонных и железобетонных изделий.

В пятой главе представлены результаты исследований долговечности модифицированного бетона, характеризуемой морозостойкостью, которая зависит от структуры порового пространства бетона. Влияние разработанного комплексного ускорителя твердения аналогов на показатели пористости мелкозернистого бетона представлены в табл.4, рис. 7.

Рис.7 Кинетика водопоглощения мелкозернистого бетона

1-контрольный, 2-С-3, 3-ГШС, 4-Реламикс, 5-Гексалит, 6-Лигнопан Б2

Кинетика водопоглощения указанных образцов до 24 часов представлена на рис. 7, из которого видно, что бетон с ГШС обладает меньшей интенсивностью водонасыщения, чем бетон контрольного состава. Интенсивность водонасыщения с добавкой ГШС по отношению к контрольному составу на 1сут. уменьшается на 63%.

Таблица 4

Влияние добавок на пористость бетона

Состав бетона	Водопогло-щение бетона, %	Показатель среднего радиуса капилляров (вспомогательный), λ 1	Показатель однородности размеров пор, α	Показатель среднего радиуса капилляров, λ
Контрольный	9,2	1,8	0,6	2,7
С-3	6,2	1,38	0,93	1,42
ГШС	6,4	1,8	0,93	1,87
Реламикс	6,2	1,47	0,75	1,65
Гексалит	6,5	2,05	0,7	2,8
Лигнопан Б2	7,0	1,86	0,57	2,95

Согласно экспериментальным данным для бетона с ГШС в сравнении с бетоном без добавок характерна меньшая интегральная пористость (6,4 %) по сравнению с контрольным (9,2%), хотя и большая чем с добавками суперпластификатора С-3 и Реламикс (6,2%). Это указывает на меньший суммарный объем всех пор и капилляров, сообщающихся с поверхностью образца и между собой.