Оценка эффективности энергоиспользования при тепловлажностной обработке бетона (стр. 11 )

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при малой концентрации углеводов в системе CaO–SiO2–H2O их поляризующее влияние на ионно-ковалентные связи в структуре силикатов кальция и активацию процессов растворения и гидратации C3S становится определяющим по отношению к адсорбционным, следствием которых является замедление гидратации и твердения. При незначительном содержании углеводов в смеси они не могут нарушить или существенно изменить нормальный порядок формирования структурных мотивов гидросиликатов кальция, поэтому как ранняя, так и более поздняя прочность C3S в присутствии всех исследуемых сахаров повышается..

Исследования кинетики водопоглощения цементного камня из C3S с добавками глюкозы и глюконата кальция, твердевшего в нормальных условиях в течение 40 сут и показали, что при дозировках добавок 0,05% от массы вяжущего в ранние сроки формируется плотная и прочная структура материала. При повышенных дозировках (до 0,3%) водопоглощение образцов в возрасте до 40 сут значительно возрастает, что свидетельствует о формировании рыхлой, слабо закристаллизованной структуры. Установлено, что в возрасте 40 сут количество химически связанной воды в составах с добавками 0,05% углеводов возрастает и снижается при увеличении дозировок до 0,3% и более.

При повышенных дозировках добавок, попав в структуру вяжущего после схватывания молекулы углеводов (или их производные) адсорбируются на частицах сверхструктуры и, в целом, снижают прочность на ранних этапах твердения. В более поздний период (как правило, более 90 сут) прочность цементных материалов возрастает вследствие повышения растворимости вяжущего на ранних стадиях гидратации и восстановления нормального порядка кристаллизации гидратов, нарушенного молекулами углеводов.

Кинетика нарастания прочности цементного камня в значительной степени определяется не только видом и структурой углеводов, но также зависит от их содержания в смеси. Общая картина в большинстве случаев не изменяется: при дозировках 0,05% от массы вяжущего прочность цементного камня и C3S как в ранний период твердения, так и в последующем возрастает, а при увеличении дозировок сахаров свыше 0,15% в начальные сроки прочность снижается и тем значительнее, чем больше количества добавки содержится в смеси, а в более поздний период – возрастает.

СПИСОК литературЫ

1.  Тараканов материалы с добавками углеводов. – Пенза, изд-во ПГАСА, 2003. – 166 с.

УДК 691.327.002.3

, д-р техн. наук, профессор, , студент, , инженер

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

ПРОТИВОМОРОЗНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНОВ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Исследования в области разработки и усовершенствования методов зимнего бетонирования являются чрезвычайно актуальными для большинства регионов России, где продолжительность зимнего периода составляет более шести месяцев в году. Именно экономические и технологические аспекты будут преобладающими в формировании строительной политики в ХХI веке.

Известно, что все противоморозные добавки применяются в концентрации меньшей равновесной, поэтому при охлаждении бетона ниже температуры замерзания водного раствора введённой добавки, в нем начинается льдообразование, протекающее совместно с формированием собственной структуры бетона. Благодаря этому обстоятельству, а также вследствие образования ослабленной структуры льда в присутствии добавок, в бетоне не происходит заметных деструктивных явлений, отражающихся на его прочности. [1]

Структура бетона с противоморозными добавками, формирующими первичный структурный каркас, характеризуется более высокими механическими показателями, плотнее, менее водонепроницаема и обладает большей морозостойкостью.

Значительный научный и практический интерес представляет изучение процессов раннего структурообразования цементных композиций с противоморозными добавками, поскольку структура цементного камня, сформированного при отрицательных температурах на раннем этапе твердения, во многом определяют его физико-технические свойства в последующем.

Анализ технической литературы показал, что наиболее эффективными добавками, обеспечивающими высокий темп твердения бетона на морозе, являются комплексные смеси на основе хлористых солей, нитрата кальция, нитрита натрия, поташа и др. В последние десятилетия широкое развитие получили исследования процессов гидратации и твердения цементных материалов с добавками на основе ацетатов и формиатов натрия и кальция. Однако, несмотря на достаточно высокую эффективность их как ускорителей твердения, использование ацетатов и формиатов в качестве противоморозных смесей менее эффективно. Анализ номенклатуры и свойств отработанных солевых растворов химико-фармацевтической промышленности показали возможность получения на их основе модифицирующих добавок различного функционального назначения для строительных растворов и бетонов.

В качестве исследуемых добавок были приняты две группы комплексных модификаторов бетонов, разработаны на основе вторичного сырья и отходов химико-фармацевтической промышленности: первая с использованием хлористых солей, вторая – бесхлоридные на основе нитритов и ацетатов натрия и кальция.

В задачу исследований входили изучение процессов начального структурообразования и прочности цементных систем с добавками, а также оценка характера влияния добавок с различными катионами, поскольку этот фактор во многом определяет кинетику структурообразования и твердения цементных материалов и в особенности при отрицательных температурах.

Анализ кинетики структурообразования цементных композиций с добавками на основе хлористых солей (CaCI2, MgCI2 KCI и NaCI) в количестве 1-3% от массы цемента показал, что при температуре – 3–5°С по эффективности действия их можно расположить в последовательности CaCI2 > KCI, MgCI2 >NaCI. При анализе пластометрических исследований и наблюдении за составами, твердеющими после изготовления в условиях отрицательных температур, показали, что смеси с повышенными дозировками добавки NaCl (до 10%) при температуре до минус 15°С не замерзают и не схватываются в отличие от составов с аналогичной дозировкой добавок на основе хлорида кальция. Добавки, содержащие KCl, MgCl2 и NaNO2 занимают промежуточное положение между хлоридом кальция и хлоридом натрия. Характерно, что из добавок, содержащих ионы Na+, нитрит натрия в большей степени, чем хлористый натрий ускоряет схватывание составов, твердеющих на морозе. Одной из причин повышения ранней структурной прочности составов с добавкой NaNO2, в отличие от смеси на основе хлорида натрия, может являться интенсивное образование метастабильных гидроалюминатов кальция С2АН8 и С4АН13-19, способствующих ускорению раннего схватывания.

При повышенных дозировках добавок-электролитов наступление раннего схватывания в меньшей степени проявляется для составов с добавками на основе хлорида натрия. С учетом закона Рауля, расчёты ожидаемого понижения температуры замерзания (DТ3) жидкой фазы цементно-песчаных растворов при В/Ц = 0,5 с добавками электролитов в количестве 10% от массы цемента показали, что для исследуемых добавок DТ3 составляет: СаCl2 (–8,211°C); MgCl2 (–9,765°C); NaCl (–12,772°C); KCl (–9,969°C); NaNO2 (–10,785°C).

Таким образом, при равном процентном содержании добавок большее понижение температуры замерзания жидкой фазы бетона будут обеспечивать добавки на основе хлорида натрия, что подтверждается экспериментальными данными.

Исследования, выполненные на различных цементах, показали, что характер влияния добавок, в целом, аналогичен и, в большинстве случаев, добавки на основе хлорида кальция (особенно при больших дозировках) значительно сокращают схватывание и ухудшают технологические параметры растворных и бетонных смесей. Предпочтительными с этой точки зрения являются добавки содержащие NaCl, KCl и NaNО2.

Установлено, что при температуре минус 10°С и ниже формирование собственной структуры цементных композиций практически прекращается, и процессы льдообразования становятся определяющими.

Установлено, что противоморозные добавки на основе хлорида кальция, в целом, способствуют быстрой потере подвижности растворов не только в результате схватывания, но и вследствие льдообразования. Противоморозные смеси, содержащие хлорид натрия, по сравнению с другими, являются более предпочтительными по следующим причинам. Во-первых, они в большей степени, чем другие добавки понижают температуру замерзания растворов DТ3, поскольку NaCl является низкомолекулярным соединением и, следовательно, при равном процентом содержании в смеси обеспечивает достаточно высокую моляльность раствора. При использовании добавок на основе хлорида натрия в зимнем бетонировании, образующийся в поровой жидкости в результате обменной реакции с Cа(ОH)2 гидроксид натрия, также обеспечивает сохранение жидкой фазы цементных композиций. Во-вторых, добавки на основе хлорида натрия, в отличие от хлоридов кальция и калия обеспечивают в течение достаточно длительного времени высокие технологические свойства растворов и бетонов, твердеющих при отрицательных температурах, что является весьма важным фактором при транспортировании и укладке бетона. В-третьих, как показали рентгенофазовые исследования, составы продуктов гидратации алюминатных и силикатных минералов цемента с добавками хлористых солей, в большей степени отличаются количественными, а не качественными показателями, поэтому добавки на основе хлорида натрия принципиально не изменяют фазового состава гидратированного цементного камня.

Исследования, выполненные в данной работе показали, что механизм активирующего действия ускоряющих добавок на раннее структурообразование цементных систем определяется, главным образом, влиянием электролитов на образование и стабилизацию гидроалюминатов кальция на раннем этапе гидратации и изменением соотношения между кристаллами AFm-фазы и С3АН6. С увеличением дозировок добавок стабилизирующее влияние электролитов возрастает. Не отрицая возможности образования алюминатного каркаса из двойных солей-гидратов при повышенных дозировках добавок, этот механизм, очевидно, не является определяющим фактором формирования начальной структуры цементных композиций.