О. Е. ТРЕТЬЯКОВ, канд. техн. наук (ТашПИ), Влияние комплексных добавок на свойства напрягающего бетона
Использование комплексных добавок является эффективным средством регулирования свойств бетонной смеси и бетона. Вводимые в небольших количествах, они улучшают удобоукладываемость, снижают водопотребность или В/Ц, замедляют или ускоряют процесс гидратации и т. д. В зависимости от вида и содержания компонентов комплексной добавки можно целенаправленно регулировать свойства бетона.
Комплексные добавки широко используют в бетонах на портландцементе, однако они не нашли применения в напрягающих бетонах. Между тем особенности смесей на напрягающем цементе (НЦ): в ряде случаев короткие сроки схватывания и ускоренная потеря подвижности во времени — являются предпосылкой к использованию комплексных добавок. Благодаря полифункциональности их действия они влияют как на свойства бетонной смеси, так и на структуру и свойства бетона.
В настоящее время в бетонах на НЦ в качестве добавок используют лишь декстрин и супер пластификатор С-3.
Эти добавки, оказывая пластифицирующее действие, улучшают удобоукладываемость и несколько повышают сроки схватывания, нотемпы потери подвижности смеси с этими добавками остаются высокими. Это осложняет укладку монолитного бетона, особенно при повышенных температурах среды.
Рекомендованный Техническими условиями на НЦ технологический прием предварительной частичной гидратации несколько замедляет сроки схватывания, увеличивая сохраняемость смеси, но незначительно.
Известны различные добавки — замедлители схватывания [2, 3]. Из них наиболее эффективны комплексные, которые наряду с повышением сохраняемости улучшают удобоукладываемость, нерасслаиваемость, обеспечивают воздухововлечение и другие свойства смеси.
В Рекомендациях [3] перечислены виды и примерные дозировки добавок, повышающих подвижность бетонной смеси на портлаидцемеитах, даны краткие характеристики добавок.
Ранее предложено [4] использовать в бетонах на НЦ добавку замедлитель — нитрилотриметиленфосфоновую кислоту (ЗНК) и комплексную ЗНК с суперпластификатором С-3. В [3] эта же добавка, предложенная для приготовления бетонных смесей на портландцементе, обозначена НТФ — нитрилотриметиленфосфоновая кислота. Использованная в в экспериментах добавка ЗНК выпущена по ТУ 6-4919-80.
Влияние ЗНК и комплексной добавки на ее основе отражает результаты испытаний бетонных смесей и бетонов. Свойства растворной смеси состава 1:1 исследовали по ТУ 21-20-18-80 (НЦ с малой энергией самонапряжения). В/Ц во всех составах одинаково и равно 0,32. В качестве вяжущего в экспериментах использовали НЦ Усть-Камеиогорского завода, заполнителем служил мелкий кварцевый песок, добавки вводили вместе с водой затворения. На рис. 1 видно, что С-3 улучшает удобоукладываемость смеси на НЦ, а ЗНК, ие оказывая пластифицирующего действия, повышает подвижность смеси. Смесь на НЦ без добавки теряет подвижность и через 1 ч с момента затворения становится неудобоукладываемой. Смеси с добавкой ЗНК способны сохранять удобоукладываемость в течение нескольких часов. Замедляющий эффект действия ЗНК, вероятно, связан с образованием на поверхности зерен цемента и гидратных новообразований адсорбционного слоя.
Комплексная добавка ЗНК+С-З позволяет получить удобоукладываемые смеси повышенной сохраняемости, степень которой зависит от дозы ЗНК в комплексной добавке, а уровень пластификации — от С-3.
Таким образом, сочетание пластификатора С-3 и замедлителя ЗНК обеспечивает суммирование эффектов от каждой добавки. Использование этих добавок по отдельности не дает таких показателей, более того, введение только ЗНК в количестве 0,01% массы цемента снижает прочность бетона. Введение комплексной добавки ЗНК+С-З ликвидирует это нежелательное действие.
На рис. 1 видно также, что расположение точки перелома кривой и начало участка интенсивного роста пластической прочности зависят от вида и количества вводимой добавки, причем все упомянутые смеси (за исключением состава с 0,05% ЗНК) имеют практически одинаковую интенсивность роста пластической прочности на заключительном участке пластограммы.
Замедляющий эффект действия добавки ЗНК и комплексной ЗНК+С-З на процесс структурообразования бетона подтверждают результаты изучения кинетики тепловыделения, определяемого термосным калориметром. Самописец автоматического калориметра на диаграммной ленте вычерчивал температурную кривую гидратацию, которая затем была использована для расчета тепловыделения.
Сравнивали тепловыделение портландцемента и НЦ, а также тепловыделение цементного камня на НЦ с добавками. В/Ц цементного теста на портландцементе равно 0,28, а на НЦ — 0,3. При получении состава на НЦ без добавки использовали технологический прием предварительной частичной гидратации.
На рис. 2 показана кинетика изменения температурных кривых гидратации, тепловыделения и скорости тепловыделения исследуемых составов цементного камня. Анализируя представленные данные, можно отметить различия в величине и характере тепловыделения составов на НЦ и портландцементе. НЦ свойственно интенсивное тепловыделение в первые часы с момента затворения; в составе на портландцементе процесс тепловыделения проходит менее интенсивно.
Добавка С-3, хотя и снижает тепловыделение, но в первые часы гидратации практически не влияет на кинетику этого процесса. Добавки ЗНК и ЗНК+С-З в зависимости от дозировок оказывают различное действие на процесс гидратации. Введение 0,01% ЗНК удлиняет индукционный период гидратации НЦ до 3,5 ч, что в 3 раза больше по сравнению с составом без добавок. Введение 0,02 и 0,05% ЗНК увеличивает длительность индукционного периода до 5 и 10 ч соответственно. Комплексные добавки 0,01% ЗНК+0,3% С-3 и 0,02% ЗНК+ +0,3% С-3 удлиняют индукционный период гидратации соответственно до 4,5 и 6 ч.
Результаты определения тепловыделения цементного камня на НЦ с исследованными добавками согласуются с данными, полученными при изучении кинетики роста пластической прочности (см. рис. 1). У всех составов можно отметить наличие двух экзотермических скачков на кривых скорости тепловыделения, что свидетельствует о ступенчатом характере гидратации цементного камня. Представленные на рис. 2 результаты подтверждают также интенсивный характер тепловыделения составов с комплексной добавкой после индукционного периода. Это позволяет предподожить возможность использования комплексной добавки ЗНК+С-З в бетонах, подвергаемых тепловой обработке. Проверка этого предположения и разработка оптимальных режимов ТВО бетонов на с комплексной добавкой ЗНК+ С-3 требует специальных экспериментов.
Проведенные калориметрические исследования дают характеристику процесса структурообразования цементного камня на НЦ и показывают влияние на этот процесс пластификатора С-3, замедлителя ЗНК и комплексной добавки на их основе ЗНК+С-З.
Вывод
ЗНК и комплексную добавку на ее основе ЗНК+С-З можно рекомендовать для использования в бетонных смесях на НЦ. Варьирование дозы ЗНК (0,01... ..0,5% массы цемента) и С-3 (0,3...0,7%) позволяет целенаправленно изменять свойства бетонной смеси на НЦ.
Бетон и железобетон, 1988