Модификаторы в строительной технологии (стр. 21 )

При относительно высоких дозировках суперпластификаторов наблюдается водоотделение цементного теста, что приводит к ухудшению его реологических свойств. Это связано с разрушением первоначальной алюминатной коагуляционной структуры за счет смачивающего эффекта добавок и высвобождения механически удержанной воды из структурных ячеек, что приводит к увеличению свободного количества дисперсионной среды (воды) и резкому повышению пластичности цементного теста. Дальнейшее увеличение дозировки добавок, по-видимому, способствует уменьшению толщины сольватной оболочки на поверхности частичек цемента, что дополнительно повышает количество свободной воды в системе и резко снижает молекулярные силы взаимодействия между соседними частицами. При этом водоудерживающая способность дисперсной фазы (цемента) снижается, что приводит к водоотделению.

Поскольку количество свободной воды в системе "цемент-вода" доведено до минимума, твердые частицы максимально сближаются и за счет механического сцепления между ними реологические свойства системы ухудшаются. Следовательно, допустимая дозировка добавок в зависимости от характеристики применяемых цементов предварительно должна быть определена по признакам водоотделения. Но водоотделение в цементных системах в зависимости от вида, химической природы и расхода рассматриваемых добавок различно, что подтверждается остаточным В/Ц в сильно разбавленных цементно-водных суспензиях, определенным по предложенной нами [7] ускоренной методике путем центрифигурирования цементно-водной суспензии при высоких скоростях вращения (10 000 об./мин.) рабочего барабана центрифуги марки К-24 (ФРГ).

Для определения влияния суперпластификатора на водоотведение системы "цемент-вода" количество цемента принято 5 г, В/Ц = 2. дозировку добавки "40-03", вводимой в испытываемую систему, варьировали в пределах 0,2-1,0% от массы цемента с интервалом 0,2%. Для сравнительной оценки в опытах использовали также суперпластификаторы С-3 и "10-03". При этом учитывали воду, содержащуюся в составе водного раствора добавок суперпластификаторов. Приготовленные в специальных пробирках цементно-водные суспензии без добавок и с добавками сразу после приготовления помещали в рабочий барабан центрифуги и вращали со скоростью 10 000 об/мин в течение 2 мин. Указанные параметры были оптимизированы экспериментально. После центрифугирования определяли количество отделившейся воды. Одновременно определяли значение остаточного В/Ц. Результаты опытов сведены в таблице 17, из которой видно, что кинетика водоотделения цементно-водных суспензий с разными добавками различна. Тем не менее наблюдается тенденция к повышению количества отделившейся воды с увеличением дозировки добавок. При этом выявлено, что наиболее эффективным суперпластификатором по водопонижающей способности является добавка "40-03". Так, если для достижения значения остаточного водоцементного отношения (В/Цост), равного 0,32, необходимое количество добавки "40-03" составляет 0,4%, то дозировка добавок "10-03" и С-З соответственно равна 0,6 и 0,8%. Дальнейшее повышение дозировки добавок "10-03" и С-З практически не отражается в изменении значения В/Цост, тогда как увеличение расхода добавки "40-03" от 0,4 до 0,8% приводит к снижению значения В/Цост до 0,26. при дальнейшем повышении дозировки СП "40-03" кинетика водоотделения стабилизируется, т. е. значение В/Цост остается на одном уровне. Отсюда следует, что при равном водоотделении необходимое количество добавки "10-03" меньше, чем добавок "40-03" и С-З соответственно на 33 и 50%.

Сравнивая В/Цост цементно-водных суспензий без добавки и с добавками различных суперпластификаторов, можно судить о максимально возможном сокращении расхода воды затворения для достижения одинаковой консистенции цементного теста.

Таблица 17 – Кинетика водоотделения цементно-водной суспензии на основе здолбуновского цемента (С3А = 7%) с добавками суперпластификаторов

Вид добавки	Масса добавки в пересчете на сухое вещество, %	Объем отделившейся воды, мл	В/Ц остаточное
"10-03"	–	8,0	0,40
0,2	8,2	0,36
0,4	8,3	0,34
0,6	8,4	0,32
0,8	8,5	0,30
1,0	8,5	0,30
С-З	–	8,0	0,40
0,2	8,2	0,36
0,4	8,2	0,36
0,6	8,2	0,36
0,8	8,4	0,32
1,0	8,4	0,32
"40-03"	–	8,0	0,40
0,2	8,2	0,36
0,4	8,4	0,32
0,6	8,6	0,28
0,8	8,7	0,26
1,0	8,7	0,26

Максимальное водопонижение в системе "цемент-вода" при дозировке 0,8% от массы цемента добавки "10-03" составляет 25%, добавки С-3 – 20%, а добавки "40-03" – 35%. Дальнейшее увеличение дозировки рассматриваемых добавок практически не отражается на снижении расхода воды затворения. Таким образом, предложенная методика позволяет ускоренно определять водопонижающую способность суперпластификаторов и устанавливать их оптимальную дозировку с целью достижения максимального эффекта.

Исследование с применением предложенного метода водопонижающей способности суперпластификаторов в зависимости от химико-минералогического состава цемента показали, что каждому конкретному цементу соответствует определенная дозировка добавки, при которой достигается ее максимальная водопонижающая способность.

4. 3. 2 Кинетика тепловыделения и массообмена цементных систем с гидрофобизирующими добавками

В начальный период в процессе формирования структуры цементного камня важное значение имеют особенности кинетики тепловыделения и массообмена в цементных системах с гидрофобизирующими добавками. При исследовании влияния многокомпонентных добавок на характер изменения температуры при гидратации вяжущего использовали калориметрический метод. Для выполнения опытов готовили тесто нормальной густоты на основе шлако - и портландцемента Новокарагандиского цементного завода. Результаты опытов приведены на рисунке 14, из которого видно, что многокомпонентная добавка С-ЗТС и ее составляющие ингредиенты различно влияют на температуру гидратации цементного теста. Соапсток растительных масел практически не изменяет ни характер, ни интенсивность тепловыделения в цементной системе (кривые 2 и 6).

Введение добавки С-3 замедляет начало твердения до 4-х часов (кривая 5), в присутствии тиосульфата натрия наблюдается интенсивное твердение цементного теста (кривая 7). Для этой системы характерно повышение температуры гидратации на 2-5ºС. Полученные данные согласуются с результатами других исследований.

Практический интерес представляют результаты исследований тепловыделения цементного теста, модифицированного комплексной добавкой С-3ТС (кривая 4). Более раннее достижение максимума на температурной кривой гидратации шлакопортландцементного теста с комплексной добавкой С-3ТС свидетельствует об интенсификации гидратации в начальный период твердения. Максимум температуры достигается на 3 часа раньше, чем при гидратации исходного шлакопортландцемента или портландцемента.

1 – портландцемент без добавок; 2 – шлакопортландцемент без добавок;
3 – портландцемент с добавкой 2,8% С-3ТС; 4 – шлакопортландцемент с добавкой 2,8% С-3ТС; 5 – то же, 0,6%; 6 – то же,0,2% соапстока; 7 – то же, 2% ТСН

Рисунок 14 – Кинетика температуры гидратации цементного теста
нормальной густоты

Повышение температуры гидратации цементного камня с добавкой С-3ТС на 2-50С в сравнении с температурой гидратации цемента без добавки объясняется большей степенью гидратации вяжущего вследствие диспергирующего действия гидрофобизирующей добавки.

Характер кривой тепловыделения при гидратации вяжущего с добавкой
С-3ТС отличен от характера кривых, полученных при гидратации вяжущего с добавкой каждого компонента отдельно. При установленном составе комплексной добавки нивелируется негативное влияние индивидуальных компонентов (особенно соапстока) и взаимоусиливается их положительное влияние.

Кривые тепловыделения портландцемента как с добавкой С-3ТС, так и без нее по характеру отличаются от кривых тепловыделения шлакопортландцемента незначительно, хотя интенсивность тепловыделения в первом случае выше почти в два раза.

Таким образом, применение в цементных системах гидрофобизирующих добавок оказывает влияние на характер и интенсивность тепловыделения, следовательно, влияет на степень использования вяжущих свойств цемента. Характерно, что значительное количество тепла выделяется в первые минуты после затворения цементного теста водой. Это происходит в результате смачивания поверхности цементных частиц и повышения ее гидрофильности за счет адсорбции молекул суперпластификатора С-3 – ингредиента гидрофобизирующей добавки С-ЗТС.

Известно, что кинетика тепломассообмена зависит от температуры окружающей среды, которая оказывает значительное влияние на технологические и физико-механические свойства бетонной смеси и бетона. и указывают, что наибольшие негативные последствия в бетоне вызывает потеря влаги в раннем возрасте, т. е. в период интенсивной гидратации цемента и формирования структуры. При этом вследствие необратимых деструктивных процессов потенциально возможные прочностные показатели бетона не восстанавливаются даже при самом тщательном влажностном уходе в последующем [70].