Приводятся результаты сравнительных исследований различных способов введения суперпластификатора С-3. Установлено, что введение добавки при совместном измельчении с вяжущим при тонкости помола от 300 до 400 м2/кг не имеет преимуществ в сравнении с другими способами совмещения С-3 с цементом.
Ключевые слова: суперпластификатор, способ введения добавки, вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), водоредуцирующий эффект, прочность.
Введение
По мнению некоторых авторов [1–4], применение суперпластификаторов (СП) для производства вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) — наиболее перспективное направление использования СП. В литературе, за редким исключением [5, 6], почти отсутствуют сведения о применении ВНВ в промышленных масштабах. На основании этого факта можно предположить, что закономерности, определяющие эффективность ВНВ, исследованы недостаточно полно. В некоторых работах отмечается, что совмещение СП с цементом при их совместном помоле позволяет получить более высокий водоредуцирующий эффект, чем при введении добавки с водой затворения только в бетонных смесях с высокой подвижностью [7–9]. В связи с этим были проведены исследования эффективности введения СП в цемент при помоле в сравнении с другими способами совмещения добавки с цементом.
Методы и материалы
Было исследовано влияние тонкости помола цемента, количества СП и способа его введения на эффективность добавки. Изучались три способа введения СП: при помоле (ВНВ), с водой затворения и в виде сухого порошка. При исследованиях эффективности различных способов введения СП определялась зависимость от водоцементного отношения консистенции цементно-песчаного раствора состава 1:2 и темпы набора его прочности.
Для определения консистенции строительного раствора использовалась уменьшенная форма-конус, аналог стандартной по ГОСТ 310.4–81. Размеры уменьшенной формы-конуса: высота — 31 мм, диаметр основания — 63 мм, диаметр верхней части — 47 мм. Такое изменение методики позволило сократить объем материалов для испытаний и снизить трудоемкость эксперимента.
Растворная смесь перемешивалась в течение 4 минут, затем, за 1 минуту она укладывалась в форму-конус и уплотнялась штыкованием. Консистенция (расплыв смеси, мм) определялась через 5, 15 и 30 минут после начала перемешивания. Затем изготавливались образцы размером 20×20×20 мм для определения прочности при сжатии через 1, 3, 7 и 28 суток.
Для каждого состава с одинаковой удельной поверхностью вяжущего, способом введения и дозировкой СП проводилось 4 опыта. В каждом опыте изменялось водоцементное отношение. Анализ зависимостей расплыва смеси на встряхивающем столике и прочности от водоцементного отношения показал, что они достаточно точно аппроксимируются линейным уравнением вида РК = а + b·(В/Ц), где а и b — эмпирические коэффициенты.
Полученные уравнения использовались для расчета водопотребности смесей с равными расплывами на встряхивающем столике. По расчетным значениям вычислялись показатели водоредуцирующего эффекта ВР = 100·((В/Ц)н — (В/Ц)п)/(В/Ц)н, где (В/Ц)н и (В/Ц)п — водоцементные отношения контрольного состава и состава с добавкой СП.
По уравнению РК = а + b·(В/Ц) рассчитывались водоцементные отношения равноподвижных смесей с различным содержанием суперпластификатора. По этим значениям рассчитывали водоредуцирующий эффект от введения С-3.
Влияние добавки на прочность оценивалось по показателю относительной прочности Rот=Rп/Rн, где Rп и Rн — прочность пластифицированного и непластифицированного составов, рассчитанные по формуле R= а + b·(В/Ц) при расчетных значениях В/Ц для равноподвижных смесей.
Цементы для исследования готовились путем помола цементного клинкера производства ОАО «Мордовцемент» и гипсового камня в количестве 4 % от массы вяжущего. Для эксперимента применялся песок Сурского месторождения с Мкр = 1,54.
Результаты эксперимента и их обсуждение
Графики зависимостей водоредуцирующего эффекта и относительной прочности от дозировки СП для различных способов введения добавки приводятся на рис. 1, рис. 2 и рис. 3. Расчеты были проведены для жестких смесей, характеризующихся расплывами смесей, определенными на малой форме-конусе 79 мм, что соответствует расплыву 120–125 мм по ГОСТ 310.4–81.
|
а) |
б) |
|
|
|
|
в) |
г) |
|
|
|
|
д) |
е) |
|
|
|
Рис. 1. Влияние дозировки СП (способ введения — при помоле) на водоредуцирующий эффект (а, в, д) и относительную прочность (б, г, е) в растворах, приготовленных на цементах с удельной поверхностью ~300 м2/кг (а, б), ~400 м2/кг (в, г), ~450 м2/кг (д, е)
|
а) |
б) |
|
|
|
|
в) |
г) |
|
|
|
|
д) |
е) |
|
|
|
Рис. 2. Влияние дозировки СП (способ введения — с водой затворения) на водоредуцирующий эффект (а, в, д) и относительную прочность (б, г, е) в растворах, приготовленных на цементах с удельной поверхностью ~300 м2/кг (а, б), ~400 м2/кг (в, г), ~450 м2/кг (д, е)
|
а) |
б) |
|
|
|
|
в) |
г) |
|
|
|
|
д) |
е) |
|
|
|
Рис. 3. Влияние дозировки СП (способ введения — в виде порошка) на водоредуцирующий эффект (а, в, д) и относительную прочность (б, г, е) в растворах, приготовленных на цементах с удельной поверхностью ~300 м2/кг (а, б), ~400 м2/кг (в, г), ~450 м2/кг (д, е)
Сравнивая графики зависимостей водоредуцирующего эффекта от дозировки С-3 (рис. 1а, рис. 2а и рис. 3а.) можно отметить, что в цементах с удельной поверхностью ~300 м2/кг при дозировке добавки 0,5 % совместный помол С-3 с цементом является более эффективным способом совмещения СП с цементом, чем введение добавки с водой затворения или в виде порошка. При дозировке 1 % такой способ, напротив, дает меньший водоредуцирующий эффект, чем другие способы. При сравнении прочностных показателей в возрасте 28 суток (рис. 1б, рис. 2б и рис. 3б.) видно, что повысить прочность на 15–17 % удается только в составах, приготовленных на ВНВ. Другие способы не дают повышения прочности при дозировке С-3 = 0,5 %, и снижают ее при дозировке 1 %.
При повышении тонкости помола цемента до удельной поверхности ~400 м2/кг происходит повышение водоредуцирующего эффекта до значений 35–40 % при дозировке С-3=1 % для всех способов введения СП. При такой дозировке в составах, приготовленных на ВНВ, происходит снижение прочности во все сроки, включая 28 сутки. При дозировке СП= 0,5 % прочность повышается приблизительно на 140 % при введении СП при помоле и виде порошка, и на 160 % — при введении добавки с водой затворения.
При повышении тонкости помола цемента до удельной поверхности ~450 м2/кг при дозировке СП=1 % происходит снижение водоредуцирующего эффекта в сравнении с цементом удельной поверхностью ~400 м2/кг. Эффективность введения СП в виде порошка выше, чем при помоле. Повышение прочности через 28 суток в сравнении с контрольным бездобавочным составом, достигаемое при использовании 1 % С-3, составило около 20 % для ВНВ и немного меньше 40 % при введении добавки в цемент с водой затворения и в виде порошка.
Выводы
Установлено, что введение СП при помоле цемента имеет небольшое преимущество с точки зрения снижения водопотребности цемента и повышения прочности в сравнении с другими способами только при более низких удельных поверхностях цемента — около 300 м2/кг. При повышении тонкости измельчения цемента до 400–450 м2/кг эффективнее вводить С-3 с водой затворения или в виде порошка.
По результатам, полученным при исследованиях на цементном клинкере только одного завода, нельзя с большой уверенностью сделать вывод об эффективности различных способов введения СП в портландцементные бетоны. Возможно, эффективность ВНВ определяется не исследованным пока влиянием химико-минералогического состава цемента на свойства ВНВ. Результаты настоящего исследования позволяют частично объяснить, почему ВНВ не находит широкого применения в производстве, несмотря на сложившееся в научно-технической литературе мнение о высокой эффективности этого вяжущего.
Литература:
1. Баженов, Ю. М. Новый век: новые эффективные бетоны и технологии / Ю. М. Баженов, В. Р. Фаликман // Материалы 1 Всероссийской конференции. Т. 1 Пленарные доклады. С. 91–101.
2. Батраков, В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — М., 1998. 768 с.
3. Батраков, В. Г. Бетоны на вяжущих с низкой водопотребностью / В. Г. Батраков, Ш. Т. Бабаев, Н. Ф. Башлыков, В. Р. Фаликман // Бетон и железобетон. 1988. № 11. — С. 4–6.
4. Бабаев, Ш. Т. Основные принципы получения высокоэффективных вяжущих низкой водопотребности / Ш. Т. Бабаев, Н. Ф. Башлыков, В. Н. Сердюк // Промышленность строительных материалов. Сер. 3. Промышленность сборного железобетона. — М: ВНИИЭСМ, 1991. — Вып. 2.
5. Бабаев, Ш. Т. Аттестация вяжущих низкой водопотребности в США / Ш. Т. Бабаев, Н. Ф. Башлыков, М. Я. Бикбау, В. П. Трамбовецкий // Бетон и железобетон. 1990. № 6. — С. 29–31.
6. Калашников, В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов. Автореферат дисс. …докт. техн. наук. Воронеж — 1996.
7. Коровкин, М. О. Исследование эффективности суперпластификатора С-3 в вяжущем низкой водопотребности / М. О. Коровкин // Строительство и реконструкция. 2011. № 2. С. 84–88.
8. Коровкин М. О., Ерошкина Н. А., Саденко Д. С. Влияние способа введения суперпластификатора на его водоредуцирующий эффект // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 2. С. 66–70.
9. Коровкин, М. О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки // М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва». Пенза, 2012. 144 с.
