Механизм ложного схватывания цементных систем с добавками ПАВ

Общетехнические и социальные проблемы

240

УДК 625.142.4:006.354

А. Ф. Серенко, Т. М. Петрова

МЕХАНИЗМ ЛОЖНОГО СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ С ДОБАВКАМИ ПАВ

Описан механизм ложного схватывания цементных систем с добавками ПАВ, выявлены причины участившихся случаев ложного схватывания, предложена методика количественного определения величины ложного схватывания, проанализированы методы предупреждения ложного схватывания.

ложное схватывание, комплексные добавки, продукты гидратации цемента, эттрингит, адсорбция, индукционный период.

Ввведение

Применение пластифицирующих добавок и комплексов на их основе в последние десятилетия стало признанным фактором совершенствования технологии производства бетона, так как это направление позволяет улучшить физико-механические свойства бетонов и бетонных смесей, направленно формировать структуру цементного камня и в ряде случаев снизить себестоимость производства.

На рынке России пока не получили широкого распространения гиперпластификаторы на основе поликарбоксилатов и акриловых сополимеров, и основными пластифицирующими добавками остаются лигносульфонаты и продукты конденсации сульфированного нафталина с формальдегидом (СНФ). Повышая удобоукладываемость, эти добавки одновременно замедляют наступление конца схватывания портландцемента, что является принципиально важным при монолитном бетонировании в летний период.

Вместе с тем в связи с рядом изменений технологии на большинстве цементных заводов в последнее время участились случаи ненормально быстрой потери подвижности бетонной смеси при использовании пластифицирующих добавок, особенно технических лигносульфонатов. В технологии бетона такое явление получило название «ложное схватывание», так как за ним следует длительный индукционный период без набора прочности. Ложное схватывание является нежелательным явлением, так как препятствует качественной укладке и уплотнению бетона.

1 Причины и механизм ложного схватывания цементных систем с добавками ПАВ

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

Можно выделить три основные причины учащения случаев ложного схватывания в последнее время:

снижение качества портландцемента отечественных производителей; широкое внедрение комплексных добавок, содержащих

пластификаторы различной основы;

отсутствие методов раннего обнаружения ложного схватывания цементов с добавками ПАВ.

Механизм ложного схватывания цементных систем с добавкам ПАВ основан на воздействии компонентов добавки на скорость гидратации клинкерных минералов, прежде всего на трехкальциевый алюминат. На ранней стадии ускоряется образование эттрингита, что и приводит к потере удобоукладываемости. Образовавшийся эттрингит адсорбирует компоненты добавки и соответственно тормозит гидратацию

трехкальциевого алюмината вследствие замедления превращения эттрингита в моносульфоалюминат кальция. В дополнение к этому концентрация компонентов добавки остается на таком уровне, что одновременно тормозится гидратация трехкальциевого силиката.

Воздействие этих факторов и приводит к увеличению длительности индукционного периода.

На первый взгляд, выходом из ситуации при наличии ложного схватывания может послужить применения комплекса лигносульфонатов с суперпластификатором СНФ, так как в этом случае удается уменьшить расход каждого из компонентов для достижения высокого пластифицирующего эффекта. Однако такой подход не учитывает известного факта, что добавки обоих типов адсорбируются на одних и тех же компонентах, прежде всего на продуктах гидратации трехкальциевого алюмината.

На кафедре «Строительные материалы и технологии» ПГУПС были выполнены экспериментальные исследования влияния пластифицирующих добавок на кинетику набора пластической прочности цементного теста. Следует учитывать, что реологические характеристики цементного теста нельзя механически переносить на свойства бетонной смеси, хотя общие тенденции, безусловно, сохраняются.

В качестве пластифицирующих компонентов применялись суперпластификатор сульфонафталинового типа (СНФ) и технический лигносульфонат (ЛСТ). В качестве вяжущего применялся белгородский портландцемент марки ПЦ-500Д0, относящийся к низкоалюминатным. Для уточнения воздействия пластифицирующих добавок на особенности твердения цементного теста при постоянном водоцементном отношении было исследовано влияние на кинетику набора пластической прочности добавок СНФ, ЛСТ и их комплекса.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

242

Испытания проводились на коническом пластометре с интервалом погружения конуса 30 минут. В качестве критерия применялась величина предельного напряжения сдвига (пластической прочности), определяемая из выражения, МПа:

F • g

P = K-------т

” 100000•h2

где F - нагрузка г;

h - глубина погружения конуса, см;

т-. о

K - коэффициент, зависящий о угла конуса при вершине; при 45 K = 0,656.

Результаты испытаний влияния пластифицирующих добавок на длительность индукционного периода приведены на рис. 1.

Суперпластификатор СНФ способствует удлинению индукционного периода твердения цемента, хотя на первой стадии отмечается некоторая потеря подвижности цементного теста. Введение добавки ЛСТ приводит к явному ложному схватыванию исследуемого цемента с последующим длительным индукционным периодом. Совместное введение добавок СНФ и ЛСТ с водой затворения приводит к существенному усилению процессов ложного схватывания, причем воздействие добавок СНФ и ЛСТ носит синергетический характер, так как потеря подвижности цементного теста при воздействии комплекса значительно больше, чем суммарное воздействие добавок СНФ и ЛСТ, введенных по отдельности.

Возникновение явления ложного схватывания связано как с составом портландцемента (минералогический состав, содержание щелочей, количество сульфатов), так и с составом добавок, прежде всего

ISSN 1815-58

и Без добавок;

____________Время, мин__________________________________

С НФ 0,5 %; Л С Т 0,2%; С Н Ф 0,5 иЛСТ 0,2%

Юйцетехнические и социальные проблемы

Рис. 1. Влияние добавок ЛСТ, СНФ и их комплекса на длительность индукционного периода и раннюю потерю пластической прочности при постоянном водоцементном

отношении

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

244

2 Методика определения величины ложного схватывания и анализ методов предупреждения ложного схватывания

Анализ процессов ложного схватывания требует разработки количественной оценки потери подвижности цементного теста в ранний период твердения. В качестве такого критерия предложена дифференциальная оценка величины пластической прочности, показывающая изменение пластической прочности в единицу времени и измеряемая в килопаскалях в минуту (кПа/мин).

В строительной практике для предотвращения ложного схватывания и быстрой потери подвижности рекомендуется раздельное введение добавок, применение повторного перемешивания, повторное введение добавки, изменение ее концентрации, введение добавки со второй половиной воды затворения, использование других видов цемента. Проанализируем применимость этих мероприятий.

Раздельное введение добавок противоречит общей тенденции получения готовых комплексных добавок. Повторное введение добавок усложняет технологию производства бетона и снижает производительность, а значит, повышает себестоимость, не гарантируя достижения заданной цели. Повышение концентрации добавок может давать различный эффект ложного схватывания, а снижение их концентрации уменьшает пластифицирующий эффект в зависимости от природы добавки и состава цемента. На рисунках 2 и 3 представлена зависимость показателя величины ложного схватывания - дифференциала пластической прочности - от дозировки добавок ЛСТ и СНФ.

-•-без добавок; ЛСТ 0,1%; ЛСТ 0,15%; ЛСТ 0,2%

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

Рис. 2. Влияние дозировки ЛСТ на величину ложного схватывания цементного теста

при постоянном В/Ц

Время, мин

-•-Без добавок; — СНФ 0,5%; СНФ 0,7%; СНФ 0,9%

Рис. 3. Влияние дозировки СНФ на величину ложного схватывания цементного теста

нормальной густоты

Увеличение дозировки ЛСТ приводит к повышению величины ложного схватывания даже при постоянном водоцементном отношении. Применение СНФ сопровождается противоположным эффектом. Даже в равнопластичных системах увеличение дозировки приводит к снижению величины потери подвижности.

С целью оценки применимости закономерностей поведения цементного теста к свойствам бетонных смесей проведено исследование сохраняемости удобоукладываемости бетонной смеси с добавкой СНФ и комплексом, содержащим СНФ и ЛСТ, при их различной дозировке (рисунки 4 и 5).

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

246

без добавок; КД 0,8%; КД 1,0%^-— КД 1,2%

Рис. 4. Влияние комплексной добавки (КД), содержащей СНФ и ЛСТ, на сохраняемость

удобоукладываемости бетонной смеси

Рис. 5. Влияние дозировки добавки СНФ на сохраняемость удобоукладываемости

бетонной смеси

Полученные результаты показывают полное соответствие поведения цементного теста и бетонной смеси при использовании пластифицирующих добавок. Увеличение дозировки СНФ позволяет избавиться от потери подвижности бетонной смеси в начальный период и повысить ее сохраняемость. Комплекс СНФ и ЛСТ приводит к быстрой потере подвижности бетонной смеси тем большей, чем выше дозировка добавки.

Введение добавки со второй половиной воды затворения рекомендуется всеми крупными производителями добавок. К сожалению, на практике такой прием применяется крайне редко, так как усложняет режим дозирования и снижает производительность смесителя.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

ОбЩетехнические и социальные проблемы

Самым распространенным и действенным методом предотвращения ложного схватывания для монолитных бетонов в настоящее время является повторное перемешивание бетонной смеси. Такой прием автоматически реализуется при транспортировке бетонной смеси бетоновозами, оборудованными вращающимся миксером. Эффективность этого метода представлена на рисунке 6, где приведены результаты изучения величины ложного схватывания цементного теста с добавкой ЛСТ сразу после перемешивания и после повторного перемешивания через 5 минут. За счет повторного перемешивания удалось полностью нейтрализовать эффект ложного схватывания цементного теста с добавкой ЛСТ.

Так как повлиять на состав портландцемента представляется затруднительным, за исключением случая смены завода-производителя, то для предотвращения ложного схватывания целесообразно модифицировать добавку ПАВ или создавать комплекс, в который наряду с пластификатором вводить компоненты, снижающие опасность ранней потери подвижности.

-*-2 - после повторного перемешивания; -**- 1 - без повторного перемешивания

Рис. 6. Влияние повторного перемешивания на ложное схватывание цементного теста нормальной густоты с дозировкой ЛСТ 0,2%

С учетом механизма явления ложного схватывания в присутствии пластифицирующих добавок, описанного выше, в Петербургском государственном университете путей сообщения разработана комплексная добавка «Экспресспласт», включающая, кроме ЛСТ, компоненты, в значительной степени нейтрализующие раннюю потерю подвижности бетонной смеси и снижение прочности бетона в раннем возрасте.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

248

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Время, мин

—♦—Без добавок; -— ЛСТ 0,2%; -*-Экспресспласт

Рис. 7. Дифференциал кинетики набора пластической прочности цементного теста

с добавками ЛСТ и «Экспресспласт»

На рис. 7 приведены результаты определения дифференциала кинетики пластической прочности цементного теста на Оскольском цементе ПЦ-500Д0 в присутствии добавок ЛСТ и «Экспресспласт» при постоянном водоцементном отношении и одинаковом пластифицирующем действии добавок.

Высота первого пика на рис. 7 является показателем величины ложного схватывания цементного теста. Как следует из полученных графиков, при равной пластифицирующей способности предрасположенность к ложному схватыванию теста с добавкой ЛСТ в пять раз больше, чем при использовании комплексной добавки «Экспресспласт». Перелом кривой вверх дает дополнительно достоверную информацию об окончании индукционного периода и начале формирования прочной структуры из гидросиликатов кальция.

Заключение

Выявлены основные факторы, определяющие участившиеся случаи ложного схватывания бетонных смесей, к числу которых относятся снижение качества цемента и применение новых комплексных добавок, содержащих разные типы пластифицирующих компонентов. Разработан экспресс-метод оценки влияния пластифицирующих добавок на величину ложного схватывания цемента.

Установлено, что традиционные методы предупреждения ложного схватывания неэффективны при применении комплексных добавок, содержащих разные типы пластифицирующих компонентов. Предложен

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

состав комплексной добавки на основе лигносульфонатов, снижающий вероятность ложного схватывания в несколько раз.

УДК 1(091):330 С. А. Смирнов

ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРО-, МАКРО- И МЕГАЭКОНОМИКИ В КОНТЕКСТЕ СОЦИАЛЬНОЙ СИНЕРГЕТИКИ

Экономика с позиции социальной синергетики является диссипативной структурой. В этом контексте микро-, макро- и мегаэкономика связаны между собой на уровне факторов отбора, что серьезно расширяет традиционное видение вопроса. Рассмотрены структура и принципы взаимодействия диссипативных структур в экономике, применена концепция селективного детерминизма и построена общая модель глобальной экономики, отражающая взаимосвязь всех ее уровней.

микроэкономика, макроэкономика, мегаэкономика, хозяйствующий субъект, потребители, собственники ресурсов, государство, государственная экономика, экономическое объединение, транснациональная корпорация, диссипативная структура, факторы отбора, детектор, селектор, тезаурус, селективный детерминизм.

Введение

В 2006 году Нобелевскую премию по экономике за вклад в понимание взаимосвязи между инфляцией и безработицей получил американский ученый Эдмунд Фелпс. Фелпс отметил, что еще в середине ХХ века он обращал внимание на низкий уровень понимания взаимосвязи между микроэкономикой и макроэкономикой, и понимание этой взаимосвязи привело к разрешению вопросов инфляции и безработицы как на теоретическом уровне, так и на уровне государственной экономической политики. Однако современная экономика, существующая в условиях глобализации общественной жизни, являет собой более сложную структуру. Поэтому ключом для понимания процессов, происходящих в мировой экономике, и их влияния на локальные участки экономики может стать раскрытие взаимосвязи между всеми уровнями глобальной экономики.

Поскольку глобальная экономика и ее составляющие являются сложными социальными структурами, их описание целесообразно

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2