Е. Л. АРОНОВ, канд. техн. наук, П. П. КУН, канд. хим. наук, А. Е. КУЗНЕЦОВА, инж. (НИИ дисперсных материалов «Рапид»), Прогнозирование характера и эффективности действия добавок — ускорителей и замедлителей твердения цемента
Более 80 % цементных бетонов изготовляется с использованием разнообразных по составам добавок, обладающих свойствами ускорителей или замедлителей твердения. Кроме традиционных химических добавок в последнее время для модификации бетонов и решения экологических проблем все чаще применяют отходы многочисленных промышленных производств, нередко сложного и непостоянного состава. В связи с этим появилась необходимость оперативно определять характер и эффективность действия добавок на твердение бетонов.
Существующие способы исследования влияния добавок основаны на фиксировании качественных и количественных изменений прочностных характеристик испытываемых образцов относительно без- добавочных (контрольных) партий [1]. В этом случае получить результаты можно не ранее, чем через сутки сразу после формирования структуры, обладающей механической прочностью, и образцы можно подвергать испытанию при сжатии.
Широко распространившийся в последнее время экспрессный метод «Рапид», позволяющий в течение 15...20 мин прогнозировать характеристики дисперсных и композиционных строительных материалов, в частности прочность бетона, базируется на том, что механическая прочность цементного камня, адсорбционная способность цемента и электрофизические характеристики цементного теста взаимосвязаны и формируются одинаковым комплексом факторов [2]. Введение добавок изменяет влияние этих факторов.
Результаты выполненных экспериментов показали (рис. 1), что время резистивного разогрева цементного теста в неизменном диапазоне температур зависит от типа и концентрации добавки [2]. Активаторы твердения увеличивают продолжительность разогрева цементного теста, а замедлители не изменяют либо уменьшают ее. Некоторые добавки в зависимости от концентрации позволяют получать противоположные эффекты. Например, СиС12 в количестве до 1 % уменьшает, а при большей дозировке увеличивает продолжительность разогрева теста.
Действие добавок на прочность при сжатии образцов из цементного камня в суточном возрасте после тепловлажностной обработки показано на рис. 2. Как следует из полученных результатов, активаторами твердения являются K2CrC>4, NaCl, NiCI2, КСЮ3, а замедлителями — ZnCl2, РЬ(ОАсЦ и СиС12 практически во всем исследованном интервале концентраций. Добавка SnCl2 проявляет двойственный характер действия: до концентрации 1,5 % несколько увеличивает прочность образцов, а выше — уменьшает. С изменением концентрации добавок в цементном тесте от 0 до 2 % эффективность их действия стабилизируется или проходит через экстремум — максимум для активаторов и минимум для замедлителей твердения. При этом наибольший эффект обычно достигается при введении 1... 1,5 % добавки от массы цемента. Применение 0,2 % СиС12 незначительно повышает прочность, но при увеличении дозировки прочность образцов снижается. При использовании ZnCIo образцы обладают очень низкой прочностью при любой концентрации.
Сопоставление полученных результатов показывает, что изменение времени (скорости) разогрева цементного теста и механической прочности образцов из цементного камня в интервале концентраций добавок от 0 до 1... 1,5 %, т. с. до экстремума прочности (см. рис. 2), происходит симиатно. В связи с этим исследовали линейные зависимости вида Y=A-BX между относительным изменением времени (скорости) разогрева цементного теста (А) и относительным изменением прочности образцов (Г) (см. таблицу). Вычисленные коэффициенты парной корреляции свидетельствуют о значимой статистики.
Однако не для всех добавок линейные зависимости оптимальны: при введении NiCl2. например, лучшими являются зависимости вида Y— 1/(А+ВХ) как для скорости (коэффициент парной корреляции г мри одностороннем критерии для вероятности результата 95 % равен 0.937. значение критерия Фишера F составляет 21,5), так и для времени разогрева теста (г=0,949: F=28.5).
Подобные приведенные в таблице зависимости можно использовать в качестве градуировочных для определения характера и эффективности действия добавок на используемый цемент в конкретных производственных условиях: консистенции бетонной смеси, удельном расходе исходных компонентов и т. д.
По предложенной методике можно также прогнозировать характер действия любой новой добавки и эффективность ее ускоряющего (замедляющего) твердение действия в сравнения с другими известными добавками. Для этого необходимо использовать универсальную зависимость изменения прочности образцов от изменения продолжительности или скорости ра. ч рева цементного теста. Для Чернореченского портландцемента универсальные завнснмости описываются следующими линейными уравнениями:
для продолжительности разогрева /
Преимуществом разработанного Метода прогнозирования влияния Добавок — ускорителей и замедлителей на твердение цементного камня являются экспрессность, простота и надежность. По результатам выполненных исследований составлены «Рекомендации по определению кондиции, количества, эффективности н характера действия добавок в бетон методом «Рапид», которые самостоятельно или с помощью серийно выпускаемых приборов семейства «Рапид» можно Использовать на строительных и Других предприятиях.
Бетон и железобетон, 1993