Файл: Збільшення рухомості та проникності при інєктуванні бетоних та цементних сумішей при використанні добавоксуперпластифікаторів.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 14
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЗБІЛЬШЕННЯ РУХомОСТІ ТА ПРОНИКНОСТІ ПРИ ІН’ЄКТУВАННІ БЕТОНИХ ТА ЦЕМЕНТНИХ СУМІШЕЙ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ДОБАВОК-СУПЕРПЛАСТИФІКАТОРІВ
Стаття присвячена актуальному питанню у галузі будівництва і експлуатації будівельних конструкцій і споруд – підсиленню способом ін’єктування гірських порід і будівельних конструкцій, що пошкоджені. У статті розглянуто вплив на рухомість бетонних та цементних розчинів при додаванні добавок-суперпластифікаторів.
Добавки в технології цементу й бетону використовуються із глибокої стародавності. Ще наші предки, згідно з римськими літописами, використовували при спорудженні доріг, мостів яєчні білки й кров. Симптоматичний термін - «пуцоланові добавки» за аналогією з місцевістю в Італії, де вони були відкриті. Майже сто років знаходять застосування органічні пластифікатори бетонних сумішей. Системи «цемент-добавка» розвиваються стрімко в усьому світі.
Значний науковий і практичний вклад у цьому розвитку внесли науковці Харківської наукової школи. Починаючи із другої половини 50-х років минулого століття, тут під керівництвом проф. О.П. Мчедлова-Петросяна у рамках нового на той час наукового напрямку «Розвиток та застосування уявлень фізичної хімії у задачах матеріалознавства» був узятий курс на створення комплексних хімічних добавок.
Завдяки новим хімічним добавкам, бетон перетворюється в усе більш складний композиційний матеріал, властивості якого можуть набагато перевершувати властивості звичайного бетону.
Концепції нових різновидів бетону з добавками-суперпластифікаторами були сформульовані наприкінці 80-х – на початку 90-х років минулого століття, зокрема:
-
високу технологічність бетонних сумішей при В/Ц - 0,25...0,3 5; -
збереження рухливості не менш 60 хв.; -
розширення можливостей цілорічного бетонного циклу; -
висока довговічність.
Тепер в Україні діють 4 основних виробника хімічних добавок, у тому числі суперпластифікаторів
Таблиця 1
| № | Назва фірми | Характеристики продукції |
| 1 | ТОВ «Будіндустрія", м. Запоріжжя | Система хімічних добавок «Релаксол» у бетони й цементи |
| 2 | Науково-виробнича фірма «Композит», м. Чернівці | Комплексні модифікатори цементу й бетону |
| 3 | Фірма «Дофен», м. Донецьк | Суперпластифікатори й комплексні добавки |
| 4 | Хімічний завод «Зоря», г.Рубіжне | Прискорювачі твердіння й пластифікатори |
Розглянемо детальніше добавки-суперпластифікатори у бетони та цементні розчини.
Висока ефективність цих добавок обумовлена надзвичайно високим ефектом розрідження бетонної суміші без зниження міцності бетону в усі строки випробування. СП з'явилися на початку 70-х років у результаті досліджень японських і німецьких учених. Основна ідея створення таких добавок полягала в тому, щоб одержати бетонні суміші, які можна було б укладати у форми, зовсім не застосовуючи механічних впливів, або застосовуючи їх при різкому зниженні рівня інтенсивності таких впливів. Суперпластифікаторами прийнято називати добавки, застосування яких в оптимальних дозуваннях дозволяє одержувати з малорухомих бетонних сумішей (П = 2-4 см) литі або високорухомі суміші (П = 18-24 см) без зниження міцності бетону в усі строки твердіння. По своєму хімічному складу всі суперпластифікатори (СП) можна умовно розділити на чотири групи:
-
до першої групи відносять СП на основі сульфованої меламіноформальдегідної смоли; -
до другої групи відносять добавки на основі продуктів поліконденсації нафталінсульфокислоти й формальдегіду; -
третя група поєднує продукти поліконденсації оксикарбонових кислот; -
у четверту групу включені модифіковані лігносульфонати.
Велика кількість СП у світовій практиці виробляється на основі сульфованих меламіно- або нафталіноформальдегідних смол. З них найбільшу популярність одержали добавки "МЕЛЬМЕНТ" (Німеччина), "МАТІ", «МІДХУ" (Японія), і ряд інших. З вітчизняних СП першими одержали популярність добавки 10-03, 40-03, 50-03, С-3, С-4 (ДОФЕН), розріджувач СМФ, МФ-АР і ряд інших.
Оскільки суперпластифікатори відносяться до поверхнево-активних речовин, то їх основна властивість полягає в тому, що молекули таких речовин адсорбуються на поверхні часток цементу і формуючихся новоутворень, утворюючи тонкий моно- або бімолекулярний шар, при цьому зменшується міжфазова енергія зчеплення й полегшується дезагрегація часток.
Вважається, що разом з тим звільняється імобілізована вода, яка відіграє роль пластифікуючого змащення. Крім того, адсорбований шар згладжує мікрошорсткість часток, зменшуючи тим самим коефіцієнт тертя між частками. За кількісною теорією дії суперпластифікатора професора А.М. Плугіна з співавторами, створення однойменного електричного заряду в результаті адсорбції суперпластифікатору на поверхні часток твердої фази виключає можливість їх зчеплення за рахунок електростатичних сил відштовхування, що сильно знижує в'язкість суспензії (рис. 1). У процесі гідратації з ростом кристалів новоутворень поступово припиняється відштовхуюча дія однойменного електричного заряду й будівельний розчин втрачає рухомість.
Рис.1.Схема адсорбції добавок-суперпластифікаторів ( молекул-поліелектролітів ПЕ) на поверхні цементних часток
Існують різні способи введення суперпластифікаторів у бетонні й розчинні суміші:
-
попереднє розчинення їх у воді при виготовленні бетонної (розчинної) суміші; -
уведення концентрованого водяного розчину пластифікатору наприкінці перемішування бетонної (розчинної) суміші; -
багаторазове повторне введення концентрованого розчину пластифікатору через певні проміжки часу в процесі перемішування бетонної (розчинної) суміші.
При цьому пластифікуючий ефект від застосування добавки підвищується, якщо їх розчин уводиться в змішувач після додавання води затвору. Суперпластифікатори, як і звичайні гідрофільні пластифікуючі добавки викликають пептизацію флокул цементу, звільняючи имобілізовану в них воду.
Застосування суперпластифікаторів дозволяє:
-
спростити технологію формування виробів; -
відмовитися від шкідливого й енергоємного встаткування для віброущільнення бетонної суміші; -
заощадити до 20 % клінкерних цементів; -
замінити дефіцитні високомарочні цементи рядовими; -
прискорити наростання відпускної міцності залізобетонних конструкцій зі зменшенням потреби в металі на опалубні форми; -
знизити працезатрати; -
поліпшити умови праці; -
підвищити якість виробів і їх довговічність.
Крім того використання суперпластифікаторів дозволяє знизити температуру теплової обробки бетону приблизно на 30 %, що позитивно позначиться на поліпшенні його якості, тому що основні процеси, що викликають деструктивні явища в бетоні, що нагрівається, значно інтенсифікуються при температурі вище 600 С. Зниження температури теплової обробки бетону або її тривалості, а також поліпшення укладуваності бетонних сумішей дозволяє значно знизити енерговитрати на виробництво залізобетонних виробів і конструкцій.
Суперпластифікатори вводять у бетонні суміші у вигляді водяних розчинів робочої або підвищеної концентрації з розрахунку складу сухої речовини добавки в межах 0,25...1 % маси цементу. При цьому доза суперпластифікатору повинна бути тим вище, чим більший зміст С3А в цементі. Інтенсивність зменшення рухливості бетонної суміші в часі теж залежить від алюмінатності цементу.
Розглянемо, за поглядами професора А.М. Плугіна з співавторами, властивості суперпластифікучих добавок на основі суперпластифікатора С-3, одного з перших вітчизняних суперпластифікаторів на основі продукту конденсації нафталінсульфокислоти й формальдегіду. Згідно з структурною формулою, рис. 2, він є аніонним поліелектролітом-олігомером з негативними активними групами
, молекулами С-3, тобто колоїдними негативно зарядженими частинками. 
Рис.2 Структура молекули добавки-суперпластифікатору С-3 (суперпластифікатор нафталінформальдегідного типу)
Такі молекули, як відзначалося, адсорбуються на позитивно заряджених алюмінатних ділянках поверхні цементних зерен, перезаряджають їх на негативно заряджені і цим значно знижують в'язкість цементно-водних сумішей (ЦВС), перетворюючи їх в суспензію. При цьому забезпечується пептизація частинок, тобто руйнування флокул, що утворюються у звичайних ЦВС, рис. 3.
Рис. 3. Світлова мікроскопія ЦВС без СП і з СП
Критерієм вибору добавки по ефекту суперпластифікування є мінімальний зміст добавки, при якому досягається мінімальна в'язкість суспензії - оптимальний зміст добавки (СП)ОПТ. При мінімумі добавки зміна структури й наступної міцності цементного каменю також повинні бути мінімальними. Вплив суперпластифікатора С-3 на міцність та водоредукуючу здатність в залежності від кількості при додаванні до ЦВС відображено на графіках рис.4, рис. 5
С-3, %
Рис. 4 Вплив дозування суперпластифікатора С-3 на міцність бетону
С-3, %
Рис. 5 Вплив дозування суперпластифікатора С-3 на водоредукуючий ефект
С-3 легко змішується з іншими добавками-гідрофобізаторами, прискорювачами або сповільнювачами схоплювання і т.д.
За рахунок цього суперпластифікатор С-3 є основою для виготовлення комплексних добавок різного виду.
Бетонні суміші зі зниженим водоцементним відношенням (водоредуковані) рекомендується застосовувати для зведення монолітних конструкцій і виготовлення збірних залізобетонних конструкцій, до яких пред'являються високі вимоги по міцності, водонепроникності, морозостійкості, опору корозійним впливам і ін.
На основі добавки-суперпластифікатора С-3 на кафедрі «Будівельні матеріали, конструкції і споруди» УкрДАЗТ створена суперпластифікована цементно-водна суспензія (СПЦВС).
Вона призначена для тампонажу гірських порід, будівництва і ремонту ушкоджених інженерних споруд (мостів, труб, тунелів, укріплювальних споруд та ін).
СПЦВС складається з портландцементу, води, домішки-суперпластифікатора С-3, а також домішки хлористого натрію NaCl для понижених температур (5-10°С), у якій співвідношення компонентів призначають таким, що склади здобувають властивості текучої суспензії при низькому водоцементному відношенні, рівному В/Ц=0,30,35. Кількість С-3 у відсотках по сухій речовині від кількості цементу визначають у залежності від змісту в ньому трьохкальцієвого алюмінату С3А по вираженню
СП = 0,25+0,43 · (С3А-5)/(11-5),
а NaCl – по вираженню
NaCl = 0,43С3А
СПЦВС має збільшену міцність і водонепроникність, а також проникаючу здатність при нагнітанні і ін’єктуванні, у тому числі при понижених температурах (5-10°С).
Цементно-водна суміш (ЦВС) відразу після зачинення цементу водою є структурованою дисперсною системою, що складається з цементних часток як дисперсної фази і води зачиннення як дисперсійного середовища. Залежно від водоцементного відношення В/Ц в такій дисперсній системі змінюється товщина прошарку води hв між зернами цементу.
З структури ЦВС слід розрізняти наступні елементи структури: цементні зерна, вода в об'ємі між цементними зернами і прошарки води між цементними зернами. У суперпластифікованій цементно-водній суспензії (СПЦВС) додається ще один елемент структури – молекули-суперпластифікатори (СП), які, адсорбуючись на поверхні цементних зерен і розподіляючись в об'ємі води (при надлишку СП) корінним чином змінюють реологічні властивості системи.
При високих В/Ц, використовуваних зазвичай в тампонажних розчинах, відмінність між водою в прошарках і об'ємною водою, по суті, зникає. Навпаки, чим менше величина hв, тим сильніше вода в прошарках схильна до впливу поверхні частинок і відрізняється від властивостей об'ємної води, тим сильніше виявляється взаємодія між цементними частками.
У звичайному портландцементі розрізняють три фракції цементу – дрібну, середню і велику, які утворюють флокули між собою у ЦВС. Вживання СП забезпечує пептизацію часток в цементному тісті, що сприяє індивідуальному впливу кожної фракції цементу на властивості цементного каменя. Це приводить до розділення цементних зерен на фракції при нагнітанні СПЦВС залежно від товщини тріщин в гірських породах, що неможливе при використанні звичайних ЦВС. У зв'язку з цим розглянемо роль кожної фракції цементу на проникаючу здатність ЦВС і СПЦВС, а також міцнісні властивості цементного каменя з них.