Л. Д. ЛЕВЕНЕЦ, кандидаты техн. наук, д. И. БЕСПАЛОВ, инж. (Днепропетровский филиал НИИСП), Регулирование гидратационного структурообразования цементных систем полифункциональными модификаторами
В Днепропетровском филиале НИИСПа накоплен большой опыт применения. пластифицирующей добавки — плава дикарбоновых кислот фракции С2—Сб (ПДК), представляющей собой кубовые остатки испарителя «Самбай» технологической линии производства адипиновой кислоты. Выпуск ПДК налажен на ПО «Азот» и регламентирован ТУ 6-03-20-70—82. Добавка ПДК и комплексы на ее основе (ПДК + ЛСТ, ПДКО, ПДКО+ЛСТ) опробованы на различных цементах по минералогическому и вещественному составу. Оказывая пластифицирующее действие на цементные системы, ПДК понижает расслаиваемость бетонорастворных смесей, повышает показатель водоудерживающей способности, прочностные характеристики тяжелого бетона, однако несколько замедляет сроки схватывания шлако- и портландцементов без снижения их активности [1, 2].
Модифицирующее действие добавок на гидратацию и структурообразование цементного камня изучали химическими методами. Добавка ПДК представляет собой смесь низкомолекулярных органических кислот. Такие поверхностноактивные вещества понижают поверхностное натяжение на границе «жидкость — воздух» на 25...30 % по отношению к поверхностному натяжению дистнлированной воды при 20 °С и межфазную энергию на границе «твердая фаза — жидкость», характеризующуюся смачиванием (табл. 1).
Введение добавки ПДК не изменяет разового состава продуктов гидратации. Фрагменты дифрактограмм показаны на рис. 1. При введении 0,7 % ПДК количество высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция d= = (9,7...9,8) 10“10 м сравнимо при нормальном твердении с образцами без добавок. При термовлажностной обработке количество его уменьшается. Просматриваются дифрактометрические отражения с 10 м, что свидетельствует об образовании гид- ратных соединений, близких к высокосульфатному гидросульфоалюминату. Во всех случаях, количество моносульфатов и гидроалюминатов кальция сравнимо.
Степень гидратации силикатных клинкерных минералов, определяемая рентгенографически по линии с cf=2,78-10 10 м, выше для образцов с добавкой ПДК при термовлажностной обработке и нормальном твердении в возрасте 7 сут, а количество гидроокиси кальция (d=4,93-10“10 м) — меньше.
Выше содержание кристаллизационной воды при введении добавки ПДК и по данным инфракрасной спектроскопии (в частности, поглощение в области 3400 см1)-
Итак, прн введении добавок ПДК с водой затворения за счет дефло- кулирующего (диспергирующего) эффекта и увеличения смачивания цементных частиц достигается эффект пластификации последних и увеличение действующей поверхности для гидратации, что и предопределяет повышение степени гидратации, формирование более плотной мелкокристаллической структуры и улучшение физикомеханических и эксплуатационных характеристик. Дополнительным фактором повышения последних является образование комплексов в ходе реакций слабых органических кислот с гидрооксидом кальция. Так, прочность при сжатии образцов тяжелого бетона с добавкой 0.4... 1 % ПДК из равноподвижных бетонных смесей (О. К —2...4 cmi возрастает на 10.-15% в возрасте 7 сут и на 15...20 % в возрасте 28 сут нормального твердения. Результаты получены при использовании среднелюминатного портландцемента марки 400.
При введении в качестве добавки в бетонную смесь щелочных солей плава дикарбоновых кислот (ПДКО) протекание в системе обменных химических реакций менее вероятно, поскольку они образованы путем взаимодействия слабых органических кислот и сильного основания. ПДКО при введении в цементные системы вместе с водой затворения находятся в жидкой фазе, обратимо адсорбируясь на поверхности гидратных фаз и цементных частиц, и обусловливают более высокий пластифицирующий эффект (табл. 3).
В связи с этим поиск нетрадиционных эффективных пластификаторов, создание полифункцио- нальных добавок с широкими масштабами их применения в стройиндустрии диктовался, с одной стороны, выбором недефицнт- ных дешевых компонентов, с другой — теоретическими основами составления композиций с максимальным эффектом в технологическом цикле производства бетона и железобетона.
Наиболее перспективна разработка регуляторов процессов схватывания и твердения на основе пизкомолекулярных солей органических кислот и соединений олигомерно-полимерного состава. Первые могут быть представлены плавом дикарбоновых кислот и его солями, относящимися к доступным, недефицитным низкомолекулярным поверхностно-активным веществам высокой поверхностной активности. Вторым компонентом могут служить технические лигносульфаты. относящиеся к высокомолекулярным поверхностно-активным веществам низкой поверхностной активности и являющимся крупнотоннажным отходом целлюлозно-бумажной промышленности Если первые являются хорошими диспергаторами и смачивателями, то последние обладают, в первую очередь, стабилизирующим действием, необратимо адсорбируясь на поверхности гидратных фаз и цементных частиц. Комплекс двух компонентов гидрофилизующеги типа с различным механизмом пластифицирующего действия и множественностью функциональных групп (—Си; —ОН; —SO3H и др.) дает синергетический эффект пластификации (табл. 4) с сохранением подвижности во времени. Так, подвижность бетонных смесей на ереднеалюминатном портландцементе после 2 ч уменьшается на 7...10% начального значения.
Поверхностно-активные вещества замедляют зародышеобразован не цементных паст, цементного камня и бетона, влияют на устойчивость гидратных фаз во времени, на морфологию образующихся кристаллогидратов и дисперсность новообразований, образуют молекулярные комплексы.
С введением комплексных добавок ПДК+ЛСТ, ПДКО+ЛСТ сульфоалюминатные и алюминатные гидратные фазы, в первую очередь гидросульфоалюминат кальция трехсульфатной формы, хуже закристаллизовываются, более дисперсны (см. рис. 1). На рентгенограммах образцов бетона нормального твердения в возрасте 7 сут и после термовлажностной обработки максимум его дифракционного пика сдвигается и образует серию близких отражений от 9,8-10 |0 до 9,3-10“10 м. Степень гидратации силикатных клинкерных минералов,определяемая рентгенографически, сравнима с образцами без добавок, количество выделяющейся гидроокиси кальция меньше. Термографические исследования согласуются с данными рентгенографических. Потери массы при прокаливании (см. табл. 2) у бетонов с комплексными добавками несколько меньше, чем у бетонов без добавок. С увеличением срока твердения до 28 сут количество гидратных фаз, прежде всего гидросиликатных, увеличивается более интенсивно но сравнению с контрольными образцами. Заметной перекристаллизации сульфоалюминатных и алюминатных фаз в исследованные сроки (до 28 сут) не происходит. К этому сроку твердения цементных систем комплексные добавки способствуют формированию плотной, равномерной, организованной структуры с замкнутой пористостью.
Исследования показывают эффективность применения комплексных добавок, содержащих ПДК+ +ЛСТ, ПДКО+ЛСТ в технологии тяжелых бетонов- При оптимальной дозировке добавок достигается увеличение подвижности бетонных смесей в 5...6 раз с одновременным повышением прочности бетона на 5...20 %, а в равноподвижных бетонных смесях прирост прочности по сравнению с бетонами без добавок достигает 30...50 %.
Эксплуатационные характеристики тяжелых бетонов с такими добавками превосходят данные характеристики бетонов без добавок.
Бетоны с комплексными добавками можно эффективно использовать в производстве сборного железобетона при нх тепловлажностной обработке, а также в монолитном строительстве при известных способах подачи бетонных смесей, включая бетононасосную технику, со снижением стоимости бетона, трудозатрат и энергоресурсов.
Днепропетровским филиалом НИИСПа разработана необходимая инструктивно-нормативная документация на применение добавок на основе ПДК [3, 4] и оказывается необходимая научно-техническая помощь при внедрении.
Бетон и железобетон, 1993