Продление срока годности растворных смесей

УДК 691.32.022: 820.17

С.Н. ЛЕОНОВИЧ, д-р техн. наук, Белорусский национальный технический университет; Д.В. СВИРИДОВ, д-р хим. наук, А.Л. БЕЛАНОВИЧ, Г.Л. ЩУКИН, кандидаты хим. наук, В.П. САВЕНКО, научн. сотрудник, С.А. КАРПУШЕНКОВ, канд. хим. наук, Белорусский государственный университет

Продление срока годности растворных смесей

Среди основных мероприятий, обеспечивающих рост производительности труда и повышение организационно-технического уровня строительства, особое место занимает разработка и внедрение способов бесперебойного обеспечения рассредоточенных строительных объектов качественной растворной смесью. Поскольку приготовление ее на приобъектных смесительных установках не обеспечивает достаточной точности дозировки материалов, качества смеси, сохранность и экономии материалов.

В связи с этим разработка эффективных способов продления срока годности растворных смесей приобретает особую актуальность и важное народнохозяйственное значение. Решение этой проблемы позволяет исключить простои строителей и потери растворных смесей, повысить производительность труда, эффективность использования смесительного оборудования и автотранспортных средств.

За срок годности растворной смеси принят период, в течение которого она сохраняет требуемую для выполнения строительно-монтажных работ удобоукладывае-мость, а прочностные показатели затвердевшего строительного раствора соответствуют проектным.

Анализ практикуемых способов обеспечения строительных объектов растворной смесью показал, что в условиях рассредоточенного строительства наиболее эффективным является применение добавок — замедлителей схватывания [1—4].

Известно применение в качестве замедлителей схватывания сульфитно-спиртовой барды и сульфитно-дрожжевой бражки, являющихся побочными продуктами целлюлозно-бумажной промышленности [4]. Одна-

ко использование их в качестве замедлителей схватывания, не имеющих стабильных показателей своего состава, приводит, как правило, к снижению прочности цементного камня с этими добавками.

Замедлить схватывание портландцементного вяжущего можно введением органических замедлителей. Исследованию гидратации цементного вяжущего в присутствии органических добавок-замедлителей посвящено большое количество работ [5—7].

Такие органические замедлители, как полиокси-карбоновые кислоты и их соли, являются сильными анионогенными комплексообразователями с ионами кальция и алюминия. При добавлении к начавшему ги-дратировать цементу органического замедлителя он начинает активно адсорбироваться на зародышах новообразований. Образующийся «запорный» слой из отрицательно заряженных функциональных групп замедлителя приводит к торможению роста частиц — продуктов гидратации [8].

Молекулы замедлителя тормозят гидратацию, но не предохраняют ионы Са2+ от медленного перехода в раствор. При достижении определенного уровня пересыщения раствора относительно ионов кальция влияние замедлителя подавляется. Постепенное удаление замедлителя из раствора устраняет его влияние на кристаллизацию гидроксида кальция и гидратацию частиц цемента. При этом, когда происходит рост новообразований, скорее образуется множество мелких, чем несколько крупных кристаллов.

В патентах [9—10] предложен способ получения и применения бороцитратов для регулирования времени схватывания гидравлических цементов. В зависимо-

ш

Рис. 1. Поверхность отдельных участков скола цементно-песчаного камня, не содержащего добавку Цитрат-Т

научно-технический и производственный журнал ^Г^УУТ/" 74 октябрь 2012 ~ Л1]

Рис. 2. Поверхность отдельных участков скола цементно-песчаного камня, содержащего 0,3% добавки Цитрат-Т

сти от соотношения бор:цитрат бороцитраты могут выступать как замедлители, так и как ускорители схватывания и набора прочности для гидравлических цементных композиций. Они обеспечивают ускорение или замедление схватывания для растворных и бетонных смесей по желанию пользователя и как того требуют необходимые условия конкретного рабочего объекта.

В Белорусском государственном университете разработана добавка Цитрат-Т, позволяющая в зависимости от ее концентрации по отношению к цементу регулировать скорость схватывания растворной и бетонной смесей и набор прочности цементного камня и бетона. Добавка Цитрат-Т представляет собой порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Реализуется в форме водных растворов или сухого порошка. Регулируя ее концентрацию в воде затворения, можно замедлить, а затем, введя дополнительное количество добавки, ускорить схватывание растворных и бетонных смесей.

Цель настоящей работы — оценка влияния введения добавки Цитрат-Т в растворную смесь и изыскание эффективного способа продления срока годности и последующего ускорения схватывания растворных смесей, обеспечивающих повышение их технологических свойств и физико-химических показателей.

Результаты и обсуждение. В проведенных исследованиях применяли портландцемент ПЦ500Д0 Красносельского цементного завода. Составы растворных смесей готовили с учетом требований ГОСТ 28013—89. Добавку Цитрат-Т вводили в растворную цементно-песчаную смесь (соотношение цемент:песок = 1:3) с водой затворения в виде водных растворов. При испытании растворных смесей определяли их пластические свойства по методу мини-конуса [11], сроки схватывания — с помощью прибора Вика (ГОСТ 310.3—76), предел прочности при сжатии цементного камня в возрасте 1,3,7 и 28 сут - по ГОСТ 10180-90.

Водопроницаемость цементного камня определяли с помощью трубки Карстена [11], т. е. на поверхности образца из цементного камня диаметром 45 мм и высотой 40 мм устанавливали стеклянную трубку с внутренним диаметром 25 мм и высотой 550 мм с измерительной шкалой. Нижний край трубки на поверхности цементного камня герметизировали воскопарафиновой смесью. В стеклянную трубку заливали воду, высота столба которой составляла 500 мм, и измеряли изменение уровня воды в течение 24 ч.

Электронно-микроскопическое исследование микроструктуры поверхности скола цементного камня без

Таблица 1

Количество вводимой добавки, мас. % В/Ц Расплыв мини-конуса, мм Сроки схватывания, мин Прочность камня при сжатии, МПа/%

начало окончание 1 сут 3 сут 28 сут

Без добавок, контрольный 0 8 45 250 360 2,8/100 5,4/100 10,5/100

0,3 0, 8 63 1670 2430 3,7/68 8,8/84

0,5 0, 8 68 3360 3970 1,5/28 4,8/45

1 0, 8 75 нет схатывания

2 0, 8 90 нет схатывания

4 0 8 93 280 370 1,2/43 3,8/59 8,7/92

4 0, 6 46 220 320 1,6/57 4,9/76 9,8/97

6 0, 8 95 210 260 5,1/182 7,9/123 11,8/112

6 0, 6 46 180 220 5,5/195 8,7/136 11,9/113

8 0, 8 94 14 27 7,9/282 11/172 12/114

8 0, 6 47 8 18 8,2/290 11,5/180 12,3/117

Примечание. Перед чертой приведено значение прочности при сжатии цементного камня, за чертой - относительное значение показателя в % от контрольного.

¡Л

научно-технический и производственный журнал

октябрь 2012

75

Рис. 3. Поверхность отдельных участков скола цементно-песчаного камня, содержащего 8% добавки Цитрат-Т

добавки и с добавкой Цитрат-Т в количестве 0,3 и 8% массы цемента после 28 сут твердения проводили с помощью растрового электронного микроскопа LEO-1420.

Водосодержание растворных смесей устанавливали из условий обеспечения их подвижности контрольного состава (без добавок, В/Ц=0,8) на уровне 45 мм расплы-ва мини-конуса. В качестве критерия эффективности добавки принимали увеличение подвижности смесей с добавкой с 45 мм до 90—96 мм расплыва мини-конуса при В/Ц=0,8.

Введение добавки Цитрат-Т в растворную смесь в количестве 0,3—8% по отношению к цементу оказывает пластифицирующее действие на растворную смесь, что позволяет снизить водоцементное соотношение на 20-25% (табл. 1).

Как видно из результатов табл. 1, максимальное пластифицирующее действие добавки Цитрат-Т в растворной цементно-песчаной смеси достигается при концентрации 2% по отношению к массе цемента и затем практически не меняется с ее увеличением. Сроки схватывания растворных смесей существенно зависят от концентрации в ней добавки Цитрат-Т. Введение добавки в растворную смесь в количестве 0,3-4% массы цемента повышает жизнеспособность смесей, а при содержании выше 5%, наоборот, снижает ее. Растворные смеси не твердеют вплоть до 10 сут в присутствии 1-2% добавки Цитрат-Т; при дозировке 0,3% — в течение 24 ч; 6% — до 3 ч; 8% — до 8 мин. Растворная смесь без добавки твердеет через 5-6 ч.

Прочность цементного камня при сжатии, полученного из растворных смесей, содержащих от 4 до 8% добавки Цитрат-Т, зависит от концентрации. Если при концентрациях 4—5% происходит замедление нараста-

ния прочности цементного камня при ранних сроках твердения (1—3 сут), то через 28 сут прочность контрольного и модифицированного добавкой цементного камня практически совпадают. В то время как при концентрациях добавки 6—8% прочность цементного камня через сутки возрастает на 95—190%, а через 28 сут составляет всего лишь 14—17% по сравнению с контрольным образцом (табл. 1).

Как показало электронно-микроскопическое исследование, при твердении цементно-песчаной смеси (Ц:П=1:3) образуется пористая структура, состоящая из глобулярных участков и пустот, внутри которых наблюдается образование игольчатых кристаллов толщиной 0,1—0,2 мкм и длиной 1—2 мкм (рис. 1).

При введении в цементно-песчаную смесь 0,3% добавки формируется более плотная пористая структура с большим количеством мелких пор. Наблюдается уменьшение количества игольчатых кристаллов и их размеров (рис. 2).

После введения 8% добавки образуется малопористая структура, имеющая участки с довольно гладкой беспористой поверхностью и участки со сросшимися иглоподобными кристаллами диаметром 0,15—0,6 мкм и длиной до 2 мкм, концентрация которых намного меньше, чем в образцах, содержащих 0,3% добавки Цитрат-Т, и без нее (рис. 3).

Уменьшение пористости и снижение доли сообщающихся пор в затвердевшем цементном камне с добавкой Цитрат-Т приводят к тому, что цементный камень становится практически непроницаемым для жидких сред. Это подтверждается данными, полученными при изучении водопроницаемости образцов цементного камня без добавки и с добавкой Цитрат-Т (рис. 4).

Таблица 2

Дополнительное количество добавки Цитрат-Т в растворной смеси к массе цемента, % Сроки схватывания, мин Прочность цементного камня, МПа, в возрасте

начало окончание 7 сут 28 сут

- 2880 3670 2,1 4,8

5,5 240 320 8,2 10,9

7,5 48 67 9,5 11,4

9,5 32 50 9,7 11,6

76

научно-технический и производственный журнал

октябрь 2012

/Л

100

80

60

40

20

л

--

..... ......

10 15

Время, ч

20

25

Рис. 4. Зависимость водопроницаемости образцов цементно-песчано-го камня без добавки и с добавкой различных количеств Цитрат-Т:

1 - 0%; 2 - 0,3%; 3 - 2%; 4 - 4%; 5 - 6%; 6 - 8%

Как видно из данных, представленных на рис. 4, водопроницаемость цементного камня, содержащего 0,3% добавки Цитрат-Т, уменьшается в 1,5 раза, а при концентрациях 4—8% — в 5 раз.

Установлено, что при введении малых количеств добавки Цитрат-Т происходит замедление сроков схватывания цементно-песчаной смеси, однако после выдержки и при последующем введении дополнительного количества данной добавки происходит ускорение сроков схватывания данной смеси.

В табл. 2 приведены результаты исследования, иллюстрирующие роль добавки Цитрат-Т, дополнительно введенной в виде 30% раствора в растворную смесь (Ц:П=1:3, в/ц=0,6, 0,5 % Цитрат-Т) после 24 ч выдержки.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1 и 2, введение 0,5% добавки в растворную смесь приводит к увеличению ее жизнеспособности до 40—48 ч с сохранением технологических свойств за счет торможения гидратации цемента, а при введении через 24 ч дополнительного количества добавки происходит ускорение схватывания растворной смеси и набора прочности цементного камня.

Заключение. Исследуемая добавка Цитрат-Т может быть рекомендована в зависимости от ее концентрации в растворной смеси в качестве пластификатора, замедлителя или ускорителя схватывания растворной смеси и твердения цементного камня во времени. Использование добавки Цитрат-Т в качестве замедляющего или ускоряющего компонента в растворных смесях позволяет регулировать сроки их схватывания в широком диапазоне, обеспечивая при этом высокие прочностные показатели цементного камня в нормальных условиях твердения.

Установлено, что введение в цементно-песчаную смесь добавки Цитрат-Т приводит к формированию плотного малопористого цементного камня, который практически становится непроницаемым для жидких сред.

Предложен способ продления срока годности растворных смесей и последующего ускорения схватывания и набора прочности цементного камня.

Полученные при выполнении работы результаты указывают на необходимость проведения дальнейших исследований механизма твердения цементных композиций, содержащих добавку Цитрат-Т.

Ключевые слова: растворная цементно-песчаная смесь, пластификатор, замедлитель или ускоритель схватывания.

Список литературы

1. А. с. 903335 (СССР) Строительный раствор / Г.В. Пу-хальский, А.П. Никифоров и др. // Опубл. Б.И. 1982. № 5.

2. Гинзбург Ц.Г. Применение пластифицирующей добавки в гидротехническом бетоне: В сб. «Технология гидротехнического бетона». М.: ВНИТОСтроителей, Госэнергоиздат, 1954. С. 26—29.

3. Методические рекомендации по применению модифицированных бардяных концентратов в качестве разжижителя в бетон. Киев: ЗНИИЭП, 1984. 18 с.

4. Рамачандр В.С. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов. М.: Стройиздат, 1977. С. 86-97.

5. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990. 400 с.

6. А. с. 1528759 (СССР) Способ приготовления бетонной смеси / В.А. Мишутин и др. // Заявл. 24.06.87; опубл. 15.12.89.

7. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. М., 1978.

8. Ребиндер П.А., Михайлов Н.Б. Основные положения физико-химической теории бетона и предложения по технологии бетона на основе выводов из теории. М.: Стройиздат, 1956. 63 с.

9. US 7854803 B1 Composition of materials and processes of making boroncitrates to establish set times for hydraulic cements / Kirkpatrick W. // Dec.21.2010.

10. US 7892351 B1 Composition of materials and processes for making boroncitrates to create cements with field adjustable set times / Kirkpatrick W. // Feb.22.2011.

11. Иванов Ф.М. Добавки в бетон и перспективы применения суперпластификаторов: В сб. «Бетоны с эффективными суперпластификаторами». М.: НИИЖБ, 1979. С. 6-21.

14-17

2013

6

fil*

ВЫСТАВКА

СТРОИТЕЛЬНЫЕ

И ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МАЛОЭТАЖНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ

ЖКХ И ЭКОЛОГИЯ

МВДЦ «СИБИРЬ» г. Красноярск, ул. Авиаторов, 19, тел.: (391) 22-88-611 (круглосуточно) www.krasfair.ru

Организатор - ВК «Красноярская ярмарка» Официальная поддержка:

0

0

5

fjj научно-технический и производственный журнал

j'Vj  октябрь 2012 77