ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА ПРОЦЕССЫ ТВЕРДЕНИЯ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Химические добавки вводят в бетонную смесь в целях:

1) снижения расхода цемента;

2) улучшения технологических свойств смеси (удобоукладываемости, однородности, нераслаиваемости );

3) регулирования скорости твердения, интенсификации набора проч­ности, сокращения продолжительности термообработки;

4) повышения физико-технических свойств затвердевшего бетона (прочности, плотности, морозостойкости, стойкости в агрессивных средах и др.);

5) усиления защитного действия бетона по отношению к стальной арматуре.

1.2. По основному эффекту действия бетона добавки классифи­цируются по группам:

1)пластифицирующие (разжижители), например суперпластификатор

С-3,лингосульфонаты технические ЛСТ, модифицированные лигносуль- фонаты МЛСТ и др.;

2) пластифицирующие воздухововлекающие щелочной сток производства капрлактама ЩСПК, мылонафт М и др.;

3) воздухововлекагащие-смола древесная омыленная СДО; смола ней­трализованная воздухововлекающие СНВ, сульфонол С и др.;

4) газообразутощие пудра аллюминевая ПАК, полигицросилоксан

ГЮК-94;

5) уплотняющие-диэтиленгликолевая смола ДЭГ-I.битумная эмульсия (эмульбит)БЭ, сульфат железа СЖ, сульфат аллюминия СА и др.;

6) ускорители твердения хлорид кальция ХК, нитрат кальция НК, сульфат натрия СН, нитрит нитрат кальция ННК, нитрит нитрат хло­рид кальция и др.;

7) ингибиторы коррозии стали нитрит натрия НН, тетраборат натрия ТБН.бихромат натрия БХН и др.;

1.3. В предлагаемой лабораторной работе предусмотренно изучение влияния на процесс твердения и прочность бетона пластифициру­ющей добавки (суперпдастификатора С-3) и ускорителя ТЕердения (сульфата натрия СН).

1.4. Пластифицирующие добавки представляют собой поверхностно- активные вещества (ПАВ).состоящие из полярных молекул. Благо­даря полярности молекул ПАВ адсорбируются на дефектных участ­ках кристаллической решетки клинкерных минералов (преимущест­венно, на слабых и неустойчивых связях ионов кальция),обеспе­чивая одноименный поверхностный заряд цементных частиц. Моно­слой полярных молекул, с одной стороны, приводит к отталкива­нию одноименно заряженных частиц вяжущего (повышение текучес­ти смеси),с другой препятствует проникновению дипольных моле­кул воды к гидратационно активным центрам кристаллической ре­шетки минералов (длительное сохранение подвижности бетонной смеси).Со временем диполи воды вытесняют молекулы ПАВ в жид­кую фазу и процесс гидратации цемента идет по обычной схеме.

Пластифицирующие добавки,таким образом, повышают подвиж­ность бетоной смеси, ее однородность, нерасслаиваемость, теку­честь, обеспечивают длительное сохранение "жизнеспособности"

смеси. Это позволяет уменьшить расход воды (при сохранении тре­буемой удобоукладываемости),повысить прочность бетона, его во­донепроницаемость и морозостойкость. При сохранении требуемых физико-механических свойств возможно сокращение расхода цемен­та на 8-12%.

1.5. Ускорители твердения представляют собой сильные электроли­ты. Механизм их действия следующий: наблюдается изменение ионной силы жидкой фазы по отношению к ионам кальция, обеспечивающей интенсивный гидролиз и гидратацию клинкерных минералов.

Ускорители твердения способствуют быстрому набору прочнос­ти бетона, что позволяет снизить продолжительность тепловой об­работки или сократить время естественного твердения изделий до приобретения требуемой прочности.

1.6. В последнее время большое распространение получили полифунк­циональные комплексные добавки, состоящие, например из пластифи­катора и ускорителя твердения, ускорителя твердения и ингибито­ра коррозии арматуры и др.Комплексные добавки позволяют устра­нить негативные последствия индивидуальных добавок (например,

замедление твердения при использовании пластификатора).

2. ЦЕЛЬ И ПРОГРАММ РАБОТЫ

Цель работы изучить влияние пластифицирующей добавки (С-3) и ускорителя твердения (СН) на удобоукладываемость растворной смеси, процесс структурообразования и прочность раствора (бе­тона).

Поставленная цель определила следующие задачи:

1) выявить влияние количества пластифицирующей добавки на под­вижность (удобоукладываемость) растворной смеси с различным значением в/ц;

2) уточнить пластифицирующий эффект добавки в зависимости от на­чальной подвижности (В/Ц) растворной смеси;

3) исследовать влияние водоцементного фактора на подвижность (удобоукладываемость)растворной смеси;

4) исследовать характер структурообразования растворной смес;, с пластифицирующей добавкой и ускорителем твердения (количествен­но сравнить этот процесс со структурообразованием растворной смеси без добавок);

5)определить прочность равноподвижного раствора без добавок и с добавками и выявить возможную величину сокращения расхода цемента.

Программа работы:

1. Определение подвижности растворной смеси состава Ц:П=1:3 с В/Ц=0,5; 0,6; 0,7;0,9,построение зависимости в координатах "величина В/Ц-в подвижность смеси в см";анализ полученнойзави- симости,количественная оценка изменения подвижности растворной смеси от водосодержания.

2.Определение подвижности растворной смеси с В/Ц=0,5;0,7;0,9 при содержании пластифицирующей добавки С-3 0;0,4;0,6; и 0,8 от массы цемента (по сухому веществу); построение соответству­ющих зависимостей в координатах "содержание добавки в % - под­вижность смеси в см".

3. Анализ полученных зависимостей и формулировка вывода относи­тельно влияния начальной подвижности (В/Д) растворной смеси на пластифицирующий эффект;

4. Совместный анализ зависимостей (пп.1,2) и формулировка выво­да о рациональном пути повышения подвижности растворной (бе­тонной) смеси.

5. Исследование структурообразования равноподвижной растворной смеси с В/Ц=0,40-0,50 без добавки, с пластификатором в количес­тве 0,6% и ускорителем твердения в количестве 1,0$ от массы цемента (по сухому веществу);построение пластограмм в коорди­натах "время с момента затворения цемента водой (мин)-пластическая прочность (см) сжатия пружины пластометра";анализ пла­стограмм с соответствующими выводами (количественной оценкой замедления или ускорения процесса структурообразования раст­ворной смеси при введении конкретной добавки.

6. Из графиков (пп.1,2) подбираются равноподвижные составы рас­творных смесей без добавки (эталонный состав)с- пластифицирую­щей добавкой и ускорителем твердения; с каждой добавкой рассчи­тывается три состава с расходом цемента 100,90 и 80 от расхо­да в эталонном составе; приготовление растворных смесей (кор­ректировка подвижности).

7.Изготовление для каздого состава растворной смеси по три об- разца балочки 4x4x16 см; обеспечение образцам нормальных температурно-влажностных условий твердения; испытание образцов в возрасте 14 (28) суток (определение плотности, прочности при из­гибе и сжатии);анализ результатов испытания и формулировка вы­вода в части возможной величины экономии цемента в результате использования добавки при условии получения эталонной прочнос­ти.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1.Применяемые материалы и приготовление растворных смесей.

Для проведения исследований применяют те же материалы (це- мен, песок, воду),что и в лабораторных работах № 1,№ 2.Пластифи- катор С—3 должен удовлетворять требованиям ТУ 6-14 625-80,суль­фат натрия СН-ГОСТ 6318-77.Пластификатор С-3 представляет со­бой водный раствор 37-40 % концентрации. Определение содержания сухого вещества производят высушиванием при 2150 С⁰ до постоян­ной массы 1,5 г продукта, взвешенного с точностью + I мг. При до- ' зировке на замес пластификатора необходимо учитывать содержа­щуюся в растворе воду (соответственно уменьшать на такое же количество воды затворения).

Сульфат натрия СН представляет собой порошок белого цвета, его дозирование на замес осуществляют с точностью + 10 мг.От- дозированное количество добавки тщательно растворяют в приго­товленном для затворения количестве воды .

Компоненты (цемент, песок) взвешивают на торговых весах (РН-10 Ц ВУ) с точностью + 5 г, помещают в предварительно увлаж­ненную сферическую чашу (боек) и тщательно перемешивают. Добав­ляют необходимое количество воды затворения (в т.ч. с растворен- ренной добавкой) и вновь перемешивают в течении не менее 5 мин до получения гомогенной смеси.

3.2.Определение подвижности растворных смесей

Подвижность растворных смесей характеризуется глубиной по­гружения металлического конуса стандартного прибора (конуса Строй ЦНШ1). Пииготовленную растворную смесь укладывают в дитровую емкость, тщательно уплотняют (до появления на поверхности жидкой фазы),поверхность заглаживают и емкость помещают под конус. Доводят конус до соприкосновения с поверхностью смеси, фиксируют стопорным винтом, отмечают показание стрелки шкалы (нулевой отметки) и отпускают стопорный винт, обеспечивая сво­бодное погружение конуса в материал. Глубина погружения конуса (в см)регистрируемая по шкале, и есть показатель подвижности. Опыт повторяют трижды (в различных участках навески) и вычис­ляют средний арифметический показатель.

3.3.Определение структурообразования растворных смесей

Структурообразование (кинетику пластической прочности) определяют с помощью конического пружинного пластометра (см. разд. 3.3 Методических указаний к лабораторной работе № I).

Период замера пластической прочности обычной растворной смеси и с пластифицирующей добавкой составляет 10-20 мин с мо­мента затворения цемента водой,с ускорителем твердения 5-10 мин.

3.4.Изготовление и испытание образцов

Образцы балочки 4x4x16 см изготавливают из равноподвижных растворных смесей без добавок (эталонный состав),с плас­тифицирующей добавкой и ускорителем твердения. В двух послед­них составах расход цемента составляет 100,90 и 80 от расхода в эталонном составе. Таким образом, должно быть отформованно семь стандартных форм с образцами. Уплотнение всех образцов производят на лабораторной виброплощадке с одинаковой продол­жительностью. Твердение образцов осуществляют в камере нормаль­ных условий (обратить внимание на качество гидравлического затвора; при одинаковой необходимости долить воду).

В возрасте 14 (28) суток твердения определяют: среднюю плотность образцов при изгибе и сжатии. По опытным данным стро­ят графические зависимости и проводят анализ эффективности действия и рационального количества добавок, возможной экономии цемента.